一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路及设计方法，属于电力电子电路技术领域。包括两组RC缓冲电路：用于减少上管Q

【技术实现步骤摘要】
一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路及设计方法
本专利技术属于电力电子电路
，更具体地，涉及一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路及设计方法。
技术介绍
碳化硅MOSFET属于第三代宽禁带半导体功率器件，具有开关速度快，开关损耗小，导通电阻小，耐高温，耐高压的优良特性，在电力电子变换器高频化的浪潮中具有很大的应用前景。然而在高频场合下，功率器件自身封装引入的寄生参数和PCB走线引入的杂散参数变得不可忽略。受到这些参数的影响，在各种电力电子变换器拓扑中，具有串联关系的碳化硅MOSFET之间存在“串扰”影响，具体表现为：正在动作的功率器件会使得相邻的未动作功率器件的栅源电压发生正向或负向的脉冲波动。正向的串扰电压可能会导致本不该动作的功率器件发生“误导通”，而负向的串扰电压则可能击穿功率器件的栅源电极，损坏功率器件。现有的“串扰问题”解决方案均是从受到影响的功率器件的驱动回路(即栅源回路)入手。其中，有源米勒箝位的方法需要外加控制信号，增加了系统的控制复杂度；而无源的方法大多需要对栅源驱动回路做出较大改动，增加了驱动电路的复杂程度，并且无法应用于直接使用集成芯片驱动功率器件的场景。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路及设计方法，旨在解决由于封装和PCB引起的寄生参数导致的碳化硅MOSFET桥臂串扰问题。为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路，包括直流电压源VDC、上管Q1、上管驱动回路、上管漏源缓冲回路、下管Q2、下管驱动电路、下管漏源缓冲电路；直流电压源VDC的正极接上管Q1的漏极，上管Q1的源极接下管Q2的漏极，下管Q2的源极接直流电压源VDC的负极；上管驱动回路连接在上管Q1的栅极和源极之间；下管驱动回路连接在下管Q2的栅极和源极之间。进一步地，上管驱动回路包括上管驱动电源Vg1和上管驱动电阻Rg1；上管驱动电源Vg1的正极串联上管驱动电阻Rg1后，连接上管Q1的栅极；上管驱动电源Vg1的负极连接上管Q1的源极。进一步地，下管驱动回路包括下管驱动电源Vg2和下管驱动电阻Rg2；下管驱动电源Vg2的正极串联下管驱动电阻Rg2后，连接下管Q2的栅极；下管驱动电源Vg2的负极连接下管Q2的源极。进一步地，上管漏源缓冲回路包括上管缓冲电容Cbuffer1和上管缓冲电阻Rbuffer1，上管缓冲电容Cbuffer1和上管缓冲电阻Rbuffer1为串联关系。进一步地，下管漏源缓冲回路包括下管缓冲电容Cbuffer2和下管缓冲电阻Rbuffer2，下管缓冲电容Cbuffer2和下管缓冲电阻Rbuffer2为串联关系。进一步地，上管Q1和下管Q2为碳化硅MOSFET。本专利技术另一方面提供了一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路的设计方法，包括以下步骤：(1)设计待测电路：包括直流电压源VDC、上管Q1、上管驱动回路、上管漏源缓冲回路、下管Q2、下管驱动电路、下管漏源缓冲电路；直流电压源VDC的正极接上管Q1的漏极，上管Q1的源极接下管Q2的漏极，下管Q2的源极接直流电压源VDC的负极；上管驱动回路连接在上管Q1的栅极和源极之间；下管驱动回路连接在下管Q2的栅极和源极之间；(2)对待测电路上桥臂进行双脉冲测试，直流侧接入额定工况下电压，将空心电感并联在下管Q2两端，给上管Q1发送两个开通脉冲信号，宽度记为T1、T2，调整T1的大小，使得第二个脉冲信号流过上管Q1的电流大小额定工况下的电流，调整T2的大小，使得上管Q1在第二个脉冲信号控制下，完成额定的电压电流情况下的开通关断过程，测量并记录上管Q1开通和关断过程中，上管栅源电压Ugs1、下管源极电流Is2、下管漏源电压Uds2、下管栅源电压Ugs2的波形；(3)对(2)中获得的开通关断波形进行分段，确定t1～t2、t2～t3、t3～t4、t8～t9、t9～t10几个关键时间段：t1～t2：该阶段特征为下管的体二极管的续流电流：由最大减小至零，上管栅源电压Ugs1达到米勒平台；t2～t3：该阶段特征为下管漏源电压Uds2开始线性上升，下管源极电流Is2增大至最大值；t3～t4：该阶段特征为下管漏源电压Uds2继续线性上升，上升至直流电压VDC，管源极电流Is2开始减小；t8～t9：该阶段特征为下管漏源电压Uds2开始线性下降，降至负向的二极管导通压降，管源极电流Is2近似线性下降；t9～t10：该阶段特征为下管漏源电压Uds2不变，下管源极电流Is2下降至额定电流-IL；(4)如果开通过程t1～t4期间下管受到的正向串扰电压过大，超过了下管栅源极的导通门限电压，或者关断过程t8～t10期间下管受到的负向串扰过大，超过了下管栅源极的负向安全电压，则需要增大下管漏源缓冲回路中的下管缓冲电容Cbuffer2，然后回到步骤(2)；反之，则当前的下管漏源缓冲回路中的下管缓冲电容Cbuffer2为符合要求的设计值；如果开通过程t1～t4期间下管受到的负向串扰电压过大，超过了下管栅源极的负向安全电压，或者关断过程t8～t10期间下管受到的正向串扰过大，超过了下管栅源极的导通门限电压，需要增大下管漏源缓冲回路中的下管缓冲电阻Rbuffer2，然后回到步骤(2)；反之，则当前的下管漏源缓冲回路中的下管缓冲电阻Rbuffer2为符合要求的设计值；(5)对待测电路下桥臂进行双脉冲测试，直流侧接入额定工况下电压，将空心电感并联在上管Q1两端，给下管Q2发送两个开通脉冲控制信号，宽度记为T1'、T2'，调整T1'的大小，使得第二个脉冲时刻流过下管Q2的电流大小等于额定工况下的电流，调整T2'的大小，使得下管Q2在第二个脉冲信号控制下，完成额定的电压电流情况下的开通关断过程，测量并记录下管Q2开通和关断过程中，下管栅源电压Ugs2、上管源极电流Is1、上管漏源电压Uds1、上管栅源电压Ugs1的波形；(6)对(5)中获得的开通关断波形进行分段，确定t1'～t2'、t2'～t3'、t3'～t4'、t8'～t9'、t9'～t10'几个关键时间段；t1'～t2'：该阶段特征为上管的体二极管的续流电流由最大减小至零，下管栅源电压Ugs2达到米勒平台；t2'～t3'：该阶段特征为上管漏源电压Uds1开始线性上升，上管源极电流Is1增大至最大值；t3'～t4'：该阶段特征为上管漏源电压Uds1继续线性上升，上升至直流电压VDC，上管源极电流Is1开始减小；t8'～t9'：该阶段特征为上管漏源电压Uds1开始线性下降，降至负向的二极管导通压降，上管源极电流Is1近似线性下降；t9'～t10'：该阶段特征为上管漏源电压Uds1几乎不变，上管源极电流Is1下降至-IL；(7)如果开通过程t1'～t4'期间上管受到的正向串扰电压过大，超过了上管栅源极的导通门限电压，或者关断过程t8'～t10'期间上管受到的负向串扰过大，超过了上管栅源极的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，包括直流电压源V

【技术特征摘要】
1.一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，包括直流电压源VDC、上管Q1、上管驱动回路、上管漏源缓冲回路、下管Q2、下管驱动电路、下管漏源缓冲电路；直流电压源VDC的正极接上管Q1的漏极，上管Q1的源极接下管Q2的漏极，下管Q2的源极接直流电压源VDC的负极；上管驱动回路连接在上管Q1的栅极和源极之间；下管驱动回路连接在下管Q2的栅极和源极之间。


2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，所述上管驱动回路包括上管驱动电源Vg1和上管驱动电阻Rg1；上管驱动电源Vg1的正极串联上管驱动电阻Rg1后，连接上管Q1的栅极；上管驱动电源Vg1的负极连接上管Q1的源极。


3.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，所述下管驱动回路包括下管驱动电源Vg2和下管驱动电阻Rg2；下管驱动电源Vg2的正极串联下管驱动电阻Rg2后，连接下管Q2的栅极；下管驱动电源Vg2的负极连接下管Q2的源极。


4.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，所述上管漏源缓冲回路包括上管缓冲电容Cbuffer1和上管缓冲电阻Rbuffer1，上管缓冲电容Cbuffer1和上管缓冲电阻Rbuffer1为串联关系。


5.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，所述下管漏源缓冲回路包括下管缓冲电容Cbuffer2和下管缓冲电阻Rbuffer2，下管缓冲电容Cbuffer2和下管缓冲电阻Rbuffer2为串联关系。


6.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，所述上管Q1为碳化硅MOSFET。


7.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET桥臂电路，其特征在于，所述下管Q2为碳化硅MOSFET。


8.一种抑制串扰的碳化硅MOSFET桥臂电路的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设计待测电路：
包括直流电压源VDC、上管Q1、上管驱动回路、上管漏源缓冲回路、下管Q2、下管驱动电路、下管漏源缓冲电路；直流电压源VDC的正极接上管Q1的漏极，上管Q1的源极接下管Q2的漏极，下管Q2的源极接直流电压源VDC的负极；上管驱动回路连接在上管Q1的栅极和源极之间；下管驱动回路连接在下管Q2的栅极和源极之间；
(2)对待测电路上桥臂进行双脉冲测试，直流侧接入额定工况下电压，将空心电感并联在下管Q2两端，给上管Q1发送两个开通脉冲信号，宽度记为T1、T2，调整T1的大小，使得第二个脉冲信号流过上管Q1的电流大小额定工况下的电流，调整T2的大小，使得上管Q1在第二个脉冲信号控制下，完成额定的电压电流情况下的开通关断过程，测量并记录上管Q1开通和关断过程中，上管栅源电压Ugs1、下管源极电流Is2、下管漏源电压Uds2、下管栅源电压Ugs2的波形；
(3)对(2)中获得的开通关断波形进行分段，确定t1～t2、t2～t3、t3～t4、t8～t9、t9～t10几个关键时间段：
t1～t2：该阶段特征为下管的体二极管的续流电流：由最大减小至零，上管栅源电压Ugs1达到米勒平台；
t2～t3：该阶段特征为下管漏源电压Uds2开始线性上升，下管源极电流Is2增大至最大值...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔武斌，涂钧耀，刘恒阳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42