一种有源驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术提供有源驱动系统及方法，该系统包括：有源驱动电路及依次连接的主控芯片、驱动推挽电路、驱动电阻、被驱动器件，有源驱动电路还分别与主控芯片、驱动电阻及被驱动器件连接；有源驱动电路，用于实现控制所述被驱动器件在开通过程的第三阶段的开关速度及关断过程的第三阶段的开关速度。该方案通过检测器件开关过程的不同阶段实现对器件开关过程的分阶段控制，以降低电流过冲、电压过冲和后续的振荡。振荡。振荡。

【技术实现步骤摘要】
一种有源驱动系统及方法


[0001]本专利技术属于驱动
，特别涉及一种有源驱动系统及方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的不断发展，Si(硅)基电力电子器件的性能也被发挥到了其材料特性的极限，成为了电力电子技术追求高效化、高频化和高功率密度化的瓶颈。为了实现技术突破，以SiC(碳化硅)为代表的新一代半导体器件在过去的十多年中得到了快速的发展，较之于硅基材料，碳化硅材料在禁带宽度、击穿场强、导热率、电子漂移速度等方面都具有性能优势，其中SiC MOSFET器件由于其优异的结构特性被越来越多的应用在电力电子系统中。但SiC MOSFET更快的开关速度也给电力电子系统带来了挑战，由于SiC MOSFET更高的电压、电流变化率，以及电路中固有的杂散电感和寄生电容的存在，SiC MOSFET在开关过程会出现较高的电压、电流尖峰和振荡。这些过冲和振荡过程提高了SiC MOSFET的电压、电流应力，加剧了系统的电磁干扰，威胁系统的安全运行，还增加器件的开关损耗。为了更好的利用SiC MOSFET的性能优势，需要解决这些问题。
[0003]针对电压、电流尖峰和振荡以及电磁干扰问题，目前主要的解决方案有几种。首先，可以通过优化电路设计(如PCB板布局和母排结构)来减小电路中的杂散电感，以降低高电压电流变化率的影响，但是这种方法的优化效果是有限的。其次可以通过增加驱动电阻阻值，增加额外的栅极电容以及增加缓冲电路的方案来直接降低SiC MOSFET的总体开关速度，以降低电压、电流尖峰和振荡，但是这一类方案不仅牺牲了SiC MOSFET开关速度，还大大增加了SiC MOSFET的开关损耗，无法发挥SiC MOSFET的性能优势。由此，技术人员提出了另一种更为优化的驱动方案——有源驱动方案，其原理是对SiC MOSFET开关过程进行分阶段的精细控制，在不影响电压、电流尖峰和振荡的阶段尽可能的提高器件的开关速度，在影响电压、电流尖峰和振荡的阶段则适当的降低器件的开关速度，这种控制方案优化了器件开关速度和开关损耗的折中曲线，相比于直接总体降低开关速度的方案，可以在保持相同电压、电流尖峰和振荡水平的前提下，大大的降低开关损耗，能够更好的发挥SiC MOSFET的优势特性。
[0004]在现有的有源驱动方案中，分阶段控制设计大多沿用了适用于Si器件的分阶段处理方法，而SiC器件的开关过程和Si器件存在差异，尤其是开通过程的电流过冲的影响因素，原有方案不能最优化SiC MOSFET的开关损耗和开关速度的折中曲线。

技术实现思路

[0005]本说明书实施例的目的是提供一种有源驱动系统及方法。
[0006]为解决上述技术问题，本申请实施例通过以下方式实现的：
[0007]第一方面，本申请提供一种有源驱动系统，该系统包括：有源驱动电路及依次连接的主控芯片、驱动推挽电路、驱动电阻、被驱动器件，有源驱动电路还分别与主控芯片、驱动电阻及被驱动器件连接；
[0008]有源驱动电路，用于实现控制所述被驱动器件在开通过程的第三阶段的开关速度及关断过程的第三阶段的开关速度。
[0009]在其中一个实施例中，有源驱动电路，用于通过闭环反馈实现控制所述被驱动器件在开通过程的第三阶段的开关速度及关断过程的第三阶段的开关速度。
[0010]在其中一个实施例中，有源驱动电路包括电流变化率采样模块、开通过程有源驱动模块、关断过程有源驱动模块；
[0011]电流变化率采样模块分别与开通过程有源驱动模块和关断过程有源驱动模块连接；
[0012]开通过程有源驱动模块和关断过程有源驱动模块均分别与主控芯片、被驱动器件连接。
[0013]在其中一个实施例中，电流变化率采样模块包括电流变化率采样元件、第一电阻R1和第二电阻R2；
[0014]电流变化率采样元件输出端口的一端与第一电阻R1的一端连接，电流变化率采样元件输出端口的另一端接地；
[0015]第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接于节点，节点分别与开通过程有源驱动模块和关断过程有源驱动模块连接，第二电阻R2的另一端接地。
[0016]在其中一个实施例中，开通过程有源驱动模块包括依次连接的电流变化率积分单元、电流值判断单元、开通过程驱动电压补偿单元；
[0017]电流变化率积分单元包括：运算放大器、第三电阻R3、第四电阻R4、积分电容C1、积分并联电阻R
f
、模拟开关；
[0018]第三电阻R3的一端与电流变化率采样模块连接，第三电阻R3的另一端连接于运算放大器的输入反相端；第四电阻R4的一端连接于运算放大器的输入同相端，第四电阻R4的另一端接地；积分电容C1、积分并联电阻R
f
、模拟开关跨接在运算放大器的输入反相端和输出端之间；模拟开关的控制端与主控芯片连接；
[0019]电流值判断单元包括：第一比较器、第一阈值电压V
ref1
、第五电阻R5；
[0020]第一比较器的正输入端与运算放大器的输出端连接，第一比较器的负输入端与第一阈值电压V
ref1
连接，第一比较器的输出端与第五电阻R5的一端连接；
[0021]开通过程驱动电压补偿单元包括：第一二极管D1、第六电阻R6、第一可控器件S1、第二可控器件S2；
[0022]第一可控器件S1的基极与第五电阻R5的另一端连接，第一可控器件S1的发射极与第二可控器件S2的漏极连接，第一可控器件S1的集电极与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与第一二极管D1的阴极连接，第一二极管D1的阳极分别与被驱动器件的栅极及驱动电阻连接；第二可控器件S2的栅极与主控芯片连接，第二可控器件S2的源极接地。
[0023]在其中一个实施例中，第一可控器件S1采用NPN型三极管，第二可控器件S2采用N沟道增强型MOSFET。
[0024]在其中一个实施例中，关断过程有源驱动模块包括电流变化率判断单元和关断过程驱动电压补偿单元；
[0025]电流变化率判断单元包括：第二比较器、第二阈值电压V
ref2
、第七电阻R7；
[0026]第二比较器的正输入端与电流变化率采样模块连接，第二比较器的负输入端与第
二阈值电压V
ref2
连接，第二比较器的输出端与第七电阻R7的一端连接；
[0027]关断过程驱动电压补偿单元包括：第三可控器件S3、第四可控器件S4、第五可控器件S5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R
10
、第二二极管D2；
[0028]第四可控器件S4的基极与第七电阻R7的另一端连接，第四可控器件S4的发射极与第五可控器件S5的漏极连接，第五可控器件S5的源极接地，第五可控器件S5的栅极与主控芯片连接；第四可控器件S4的集电极与第八电阻R8的一端连接，第四可控器件S4的集电极还经第十电阻R
10
上拉至正电源V
GG
，第八电阻R8的另一端与第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源驱动系统，其特征在于，所述系统包括：有源驱动电路及依次连接的主控芯片、驱动推挽电路、驱动电阻、被驱动器件，所述有源驱动电路还分别与所述主控芯片、所述驱动电阻及所述被驱动器件连接；所述有源驱动电路，用于实现控制所述被驱动器件在开通过程的第三阶段的开关速度及关断过程的第三阶段的开关速度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述有源驱动电路，用于通过闭环反馈实现控制所述被驱动器件在开通过程的第三阶段的开关速度及关断过程的第三阶段的开关速度。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述有源驱动电路包括电流变化率采样模块、开通过程有源驱动模块、关断过程有源驱动模块；所述电流变化率采样模块分别与所述开通过程有源驱动模块和所述关断过程有源驱动模块连接；所述开通过程有源驱动模块和所述关断过程有源驱动模块均分别与所述主控芯片、所述被驱动器件连接。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电流变化率采样模块包括电流变化率采样元件、第一电阻R1和第二电阻R2；所述电流变化率采样元件输出端口的一端与所述第一电阻R1的一端连接，所述电流变化率采样元件输出端口的另一端接地；所述第一电阻R1的另一端与所述第二电阻R2的一端连接于节点，所述节点分别与所述开通过程有源驱动模块和所述关断过程有源驱动模块连接，所述第二电阻R2的另一端接地。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述开通过程有源驱动模块包括依次连接的电流变化率积分单元、电流值判断单元、开通过程驱动电压补偿单元；所述电流变化率积分单元包括：运算放大器、第三电阻R3、第四电阻R4、积分电容C1、积分并联电阻R
f
、模拟开关；所述第三电阻R3的一端与所述电流变化率采样模块连接，所述第三电阻R3的另一端连接于所述运算放大器的输入反相端；所述第四电阻R4的一端连接于所述运算放大器的输入同相端，所述第四电阻R4的另一端接地；所述积分电容C1、所述积分并联电阻R
f
、所述模拟开关跨接在所述运算放大器的输入反相端和输出端之间；所述模拟开关的控制端与所述主控芯片连接；所述电流值判断单元包括：第一比较器、第一阈值电压V
ref1
、第五电阻R5；所述第一比较器的正输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述第一比较器的负输入端与第一阈值电压V
ref1
连接，所述第一比较器的输出端与所述第五电阻R5的一端连接；所述开通过程驱动电压补偿单元包括：第一二极管D1、第六电阻R6、第一可控器件S1、第二可控器件S2；所述第一可控器件S1的基极与所述第五电阻R5的另一端连接，所述第一可控器件S1的发射极与所述第二可控器件S2的漏极连接，所述第一可控器件S1的集电极与所述第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一二极管D1的阳极分别与所述被驱动器件的栅极及所述驱动电阻连接；所述第二可控器件S2的栅极
与所述主控芯片连接，所述第二可控器件S2的源极接地。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一可控器件S1采用NPN型三极管，第二可控器件S2采用N沟道增强型MOSFET。7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝瑞祥，项鹏飞，游小杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：