一种MOSFET的有源驱动电路和方法技术

本发明专利技术提供一种MOSFET的有源驱动电路和方法，包括推挽模块、电阻模块和脉冲产生模块；推挽模块通过电阻模块连接被驱动MOSFET的栅极，所述脉冲产生模块一端连接被驱动MOSFET的栅极，另一端连接电阻模块；基于推挽模块产生的被驱动MOSFET的驱动电压以及脉冲产生模块基于采集的被驱动MOSFET的栅源极电压产生的脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻。本发明专利技术不需要增加驱动电阻，通过电阻模块为提供可变的驱动电阻，缩短了MOSFET的开关时间，降低了开关损耗和成本，且抑制效果好；本发明专利技术结构简单，能够在牺牲较小MOSFET开关损耗的基础上，有效抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡。

【技术实现步骤摘要】
一种MOSFET的有源驱动电路和方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种MOSFET的有源驱动电路和方法。
技术介绍
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET是一种广泛应用在模拟电路和数字电路的半导体器件，凭借开关速度快、功耗低、性能稳定和抗辐射能力强等优势，正逐渐替代三极管，被广泛应用于光伏逆变器，电动汽车和风力发电等领域。与Si(硅)材料相比，SiC(碳化硅)材料的优点在于拥有更高的临界击穿场强，更高的禁带宽度，更高的饱和载流子迁移率和更高的热导性，所以与SiMOSFET相比，SiCMOSFET具有更高的击穿电压，更低的导通电阻，更快的开关速度和更高的工作温度。但是，MOSFET的高开关速度和电路中存在的寄生电感，寄生电容会使MOSFET在导通过程中发生电流过冲和振荡，在关断过程中发生电压过冲和振荡，电流过冲、电流过冲和振荡会增加MOSFET的开关损耗，甚至损坏半导体功率器件。为了抑制MOSFET的电流过冲、电压过冲和振荡，通常采用以下措施：1)通过优化PCB布局减少MOSFET应用电路中的寄生参数，但是无法完全消除应用电路中的寄生参数，抑制效果差，且成本高；2)增加驱动电阻阻值，MOSFET的开关时间长，开关损耗大。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中抑制效果差、成本高、开关时间长且开关损耗大的不足，本专利技术提供一种MOSFET的有源驱动电路，包括推挽模块、电阻模块和脉冲产生模块；所述推挽模块通过电阻模块连接被驱动MOSFET的栅极，所述脉冲产生模块一端连接被驱动MOSFET的栅极，另一端连接电阻模块；基于推挽模块产生的被驱动MOSFET的驱动电压以及脉冲产生模块基于采集的被驱动MOSFET的栅源极电压产生的脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻。所述脉冲产生模块包括采样电路、脉冲产生电路和放大电路；所述采样电路一端连接被驱动MOSFET的栅极，其另一端连接脉冲产生电路的输入端，用于采集被驱动MOSFET的栅源极电压，并将栅源极电压传输给脉冲产生电路；所述脉冲产生电路的输出端连接放大电路的输入端，用于根据MOSFET的栅源极电压产生脉冲信号，并将脉冲信号传输给放大电路；所述放大电路的输出端连接电阻模块，用于对脉冲信号进行放大，并将放大后的脉冲信号传输给电阻模块。所述推挽模块包括第一开关管Q1和第二开关管Q2；所述第一开关管Q1的集电极连接驱动正电压Vcc，其发射极连接公共连接点A，其基极连接第二开关管Q2的基极，所述第二开关管Q2的集电极连接驱动负电压Vee，其发射极连接公共连接点A。所述电阻模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一场效应晶体管MOS1和第二场效应晶体管MOS2；所述第一电阻R1两端分别与公共连接点A和公共连接点B连接；所述第一二极管D1的阳极连接公共连接点A，其阴极通过第二电阻R2连接第一场效应晶体管MOS1的源极；所述第二二极管D2的阴极连接公共连接点A，其阳极通过第三电阻R3连接第二场效应晶体管MOS2的漏极；所述第一场效应晶体管MOS1的漏极和第二场效应晶体管MOS2源极均连接公共连接点B，且两者的栅极均连接放大电路；所述公共连接点B连接被驱动MOSFET的栅极。所述采样电路包括第四电阻R4、第五电阻R5和电容C1；所述第四电阻R4的两端分别与公共连接点B和公共连接点C连接；所述第五电阻R5和电容C1并联后，一端接地，另一端连接公共连接点C。所述脉冲产生电路包括第一电压比较器COM1、第二电压比较器COM2和逻辑与非门NAND；所述第一电压比较器COM1的正输入端连接第一比较器COM1的参考电压Vref1，其负极输入端连接公共连接点C；所述第二电压比较器COM2的正输入端连接公共连接点C，其负输入端连接第二比较器COM2的参考电压Vref2；所述第一电压比较器COM1输出端连接逻辑与非门NAND的第一输入端，所述第二电压比较器COM2的输出端连接逻辑与非门NAND的第二输入端，所述逻辑与非门NAND的输出端连接放大电路。所述放大电路包括运算放大器AMP、第六电阻R6和第七电阻R7；所述运算放大器AMP的正输入端连接逻辑与非门NAND输出端，其负输入端连接公共连接点D，所述第六电阻R6一端接地，另一端连接公共连接点D，所述第七电阻R7的一端连接公共连接点D，所述第七电阻R7的另一端和所述运算放大器AMP的输出端均连接第一场效应晶体管MOS1的栅极和第二场效应晶体管MOS2的栅极。另一方面，本专利技术还提供一种MOSFET的有源驱动方法，包括：推挽模块产生被驱动MOSFET的驱动电压；脉冲产生模块采集被驱动MOSFET的栅源极电压，并基于所述栅源极电压产生脉冲信号；电阻模块基于所述驱动电压和脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻。所述电阻模块基于所述驱动电压和脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻，包括：在MOSFET导通过程中，所述脉冲产生模块的采样电路采集被驱动MOSFET的栅源极电压；经过采样电路的第四电阻R4分压后，分压电压传入脉冲产生模块的第一比较器COM1和第二比较器COM2，具体分为以下三种情况：1)当分压电压低于第一比较器COM1的参考电压Vref1时，第一比较器COM1输出高电平，第二比较器COM2输出低电平，因此脉冲产生模块的逻辑与非门NAND输出高电平，电阻模块的第一场效应晶体管MOS1导通，电阻模块为被驱动MOSFET提供的驱动电阻为第一电阻R1和第二电阻R2并联驱动；2)当分压电压低于第二比较器COM2的参考电压Vref2且高于第一比较器COM1的参考电压Vref1时，第一比较器COM1和第二比较器COM2均输出高电平，因此第一逻辑与非门NAND输出低电平，第一场效应晶体管MOS1关断，电阻模块为被驱动MOSFET提供的驱动电阻为第一电阻R1单独驱动；3)当分压电压高于第二比较器COM2的参考电压Vref2时，第一比较器COM1输出低电平，第二比较器COM2输出高电平，因此逻辑与非门NAND输出高电平，第一场效应晶体管MOS1导通，电阻模块为被驱动MOSFET提供的驱动电阻为第一电阻R1和第二电阻R2并联驱动。所述电阻模块基于所述驱动电压和脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻，包括：在MOSFET关断过程中，采样电路采集被驱动MOSFET的栅源极电压；经过第四电阻R4分压后，分压电压传入第一比较器COM1和第二比较器COM2，具体分为以下三种情况：1)当分压电压低于第一比较器COM1的参考电压Vref1时，第一比较器COM1输出高电平，第二比较器COM2输出低电平，因此逻辑与非门NAND输出高电平，第二场效应晶体管MOS2导通，驱动电阻为第一电阻R1和第三电阻R3并联驱动；2)当分压电压低于第二比较器COM2的参考电压Vref2且高于第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，包括推挽模块、电阻模块和脉冲产生模块；/n所述推挽模块通过电阻模块连接被驱动MOSFET的栅极，所述脉冲产生模块一端连接被驱动MOSFET的栅极，另一端连接电阻模块；/n基于推挽模块产生的被驱动MOSFET的驱动电压以及脉冲产生模块基于采集的被驱动MOSFET的栅源极电压产生的脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，包括推挽模块、电阻模块和脉冲产生模块；
所述推挽模块通过电阻模块连接被驱动MOSFET的栅极，所述脉冲产生模块一端连接被驱动MOSFET的栅极，另一端连接电阻模块；
基于推挽模块产生的被驱动MOSFET的驱动电压以及脉冲产生模块基于采集的被驱动MOSFET的栅源极电压产生的脉冲信号为被驱动MOSFET提供可变的驱动电阻。


2.根据权利要求1所述的MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，所述脉冲产生模块包括采样电路、脉冲产生电路和放大电路；
所述采样电路一端连接被驱动MOSFET的栅极，其另一端连接脉冲产生电路的输入端，用于采集被驱动MOSFET的栅源极电压，并将栅源极电压传输给脉冲产生电路；
所述脉冲产生电路的输出端连接放大电路的输入端，用于根据MOSFET的栅源极电压产生脉冲信号，并将脉冲信号传输给放大电路；
所述放大电路的输出端连接电阻模块，用于对脉冲信号进行放大，并将放大后的脉冲信号传输给电阻模块。


3.根据权利要求2所述的MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，所述推挽模块包括第一开关管Q1和第二开关管Q2；
所述第一开关管Q1的集电极连接驱动正电压Vcc，其发射极连接公共连接点A，其基极连接第二开关管Q2的基极，所述第二开关管Q2的集电极连接驱动负电压Vee，其发射极连接公共连接点A。


4.根据权利要求3所述的MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，所述电阻模块包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一场效应晶体管MOS1和第二场效应晶体管MOS2；
所述第一电阻R1两端分别与公共连接点A和公共连接点B连接；所述第一二极管D1的阳极连接公共连接点A，其阴极通过第二电阻R2连接第一场效应晶体管MOS1的源极；所述第二二极管D2的阴极连接公共连接点A，其阳极通过第三电阻R3连接第二场效应晶体管MOS2的漏极；所述第一场效应晶体管MOS1的漏极和第二场效应晶体管MOS2源极均连接公共连接点B，且两者的栅极均连接放大电路；所述公共连接点B连接被驱动MOSFET的栅极。


5.根据权利要求4所述的MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，所述采样电路包括第四电阻R4、第五电阻R5和电容C1；
所述第四电阻R4的两端分别与公共连接点B和公共连接点C连接；所述第五电阻R5和电容C1并联后，一端接地，另一端连接公共连接点C。


6.根据权利要求5所述的MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，所述脉冲产生电路包括第一电压比较器COM1、第二电压比较器COM2和逻辑与非门NAND；
所述第一电压比较器COM1的正输入端连接第一比较器COM1的参考电压Vref1，其负极输入端连接公共连接点C；所述第二电压比较器COM2的正输入端连接公共连接点C，其负输入端连接第二比较器COM2的参考电压Vref2；所述第一电压比较器COM1输出端连接逻辑与非门NAND的第一输入端，所述第二电压比较器COM2的输出端连接逻辑与非门NAND的第二输入端，所述逻辑与非门NAND的输出端连接放大电路。


7.根据权利要求6所述的MOSFET的有源驱动电路，其特征在于，所述放大电路包括运算放大器AMP、第六电阻R6和第七电阻R7；
所述运算放大器AMP的...

【专利技术属性】
技术研发人员：余豪杰，杨波，李官军，陶以彬，殷实，李浩源，鄢盛驰，庄俊，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32