碳化硅MOSFET去饱和保护的温度补偿电路及方法技术

本发明专利技术是关于一种碳化硅MOSFET去饱和保护的温度补偿电路及方法，涉及电子电路技术领域，方法包括：获取碳化硅MOSFET器件的正温度系数热敏器件的采样电压或负温度系数热敏器件的采样电压，同时获取MOSFET器件驱动电路的基础电压；根据热敏器件的温度系数确定采用相应的温度补偿；当进行温度补偿时，将热敏器件的采样电压和MOSFET器件驱动电路的基础电压进行运算获得阈值电压，通过阈值电压对去饱和检测阈值进行修正，实现对去饱和保护电路的温度补偿。本发明专利技术借助热敏器件测得的电压实现温度补偿，无需额外的温度检测要求，使得电路设计较为简单，有利于集成实现。有利于集成实现。有利于集成实现。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅MOSFET去饱和保护的温度补偿电路及方法


[0001]本专利技术是关于一种碳化硅MOSFET去饱和保护的温度补偿电路及方法，涉及电子电路
，特别涉及电子电路中的短路过流检测


技术介绍

[0002]在电力电子应用中，碳化硅MOSFET作为一种宽禁带功率半导体器件，具有高工作频率、低导通电阻、高工作温度和高功率密度等优越性能。而随着器件成本的降低和封装工艺的进步，碳化硅MOSFET逐渐得到广泛应用，在部分领域逐渐取代了传统IGBT器件。然而，碳化硅MOSFET在体现出一系列优势的同时，其自身缺陷也不容忽视，其中一个重要方面就是短路过流保护。
[0003]与IGBT相比，碳化硅MOSFET对短路过流保护技术提出了更高要求。一方面，其更高的开关速度意味着更高的电压、电流变化率，快速变化的电压和电流作用于电路中的寄生参数，将引发更强烈的干扰，可能导致误动作和短路故障。另一方面，碳化硅MOSFET的裸片面积有所减小，耐受热冲击能力降低，导致其在短路过流故障发生后的耐受时间也随之降低。因此，可靠且快速的保护技术的引入是实现碳化硅MOSFET安全运行的重要保障。
[0004]现有碳化硅MOSFET的商用驱动方案已能够具备基本的短路过流保护功能，以去饱和保护为主。这种方法基于功率管的电压
‑
电流输出特性曲线，通过测量其导通电压从而间接实现了对导通电流的检测，其优点主要为电路简单、易集成。去饱和保护方法更早应用于IGBT，经过适当的调整优化应用到碳化硅MOSFET上。然而，考虑到碳化硅MOSFET的工作特性，目前的去饱和方法仍存在一定的缺陷，其一为：碳化硅MOSFET的导通电阻阻值受温度影响，在流过相等的电流时，若温度上升，则导通电阻增大、测得的导通电压也会增大，这一变化在正常工作电流、正常工作温度范围内是可观的。因此，对于一个固定的导通电压检测阈值，当温度升高时，保护电路所允许的工作电流将会减小，从而制约了功率管的带载能力。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够实现随温度变化动态调整导通电压检测阈值，使得对应的导通电流保护阈值更加稳定、在温度改变时变化幅度更小，从而降低去饱和保护电路的温度依赖性，提高功率管在宽工作温度范围内带载能力的碳化硅MOSFET去饱和保护的温度补偿电路及方法。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供的一种碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，包括：
[0008]获取碳化硅MOSFET器件热敏器件的采样电压，并获取MOSFET器件驱动电路的基础电压；
[0009]根据热敏器件的温度系数确定采用相应的温度补偿；
[0010]当进行温度补偿时，将热敏器件的采样电压和MOSFET器件驱动电路的基础电压进
行运算获得阈值电压，通过阈值电压对去饱和检测阈值进行修正，实现对去饱和保护电路的温度补偿。
[0011]进一步地，根据热敏器件的温度系数确定采用相应的温度补偿，包括：
[0012]如果热敏器件是正温度系数热敏器件，则采用适用于正温度系数热敏器件的温度补偿；
[0013]如果热敏器件是负温度系数热敏器件，则采用适用于负温度系数热敏器件的温度补偿。
[0014]进一步地，进行正温度系数热敏器件的温度补偿时，将正温度系数热敏器件的采样电压和MOSFET器件驱动电路的基础电压进行运算获得阈值电压，通过阈值电压对去饱和检测阈值进行修正，包括：
[0015]当热敏器件温度上升时，测得正温度系数热敏器件的采样电压V1上升，经过运算后修正的阈值电压V
OUT1
随之上升，当去饱和电路产生的检测电压高于阈值电压时，将认为功率管中的导通电流超过保护值，则控制输出触发保护的命令。
[0016]进一步地，其特征在于，适用于正温度系数热敏器件的温度补偿采用的电路包括第一级修正运算电路和第二级修正运算电路；
[0017]第一级修正运算电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运算放大器A1，第二级修正运算电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和运算放大器A2；
[0018]电阻R1和电阻R2的一端分别连接运算放大器A1的正向输入端和反向输入端，电阻R1的另一端连接采样电压V1，电阻R2的另一端接地，电阻R3的两端分别连接运算放大器A1的反向输入端和输出端；电阻R4和电阻R7的一端分别连接运算放大器A2的正向输入端和反向输入端，电阻R4的另一端连接运算放大器A1的输出端，电阻R4与运算放大器A2的正向输入端之间并联连接有电阻R5和电阻R6的一端，电阻R5的另一端连接基础电压V2，电阻R6的另一端连接地GND，电阻R7的另一端也接地GND，电阻R8的两端分别连接运算放大器A2的反向输入端和输出端，运算放大器A2的输出电压为V
OUT1
。
[0019]进一步地，正温度系数热敏器件的温度补偿的阈值电压V
OUT1
为：
[0020]V
OUr1
＝k1V1+k2V2[0021][0022]进一步地，进行负温度系数热敏器件的温度补偿时，将负温度系数热敏器件的采样电压和MOSFET器件基础电压进行运算后输出对去饱和检测阈值进行修正，包括：
[0023]当热敏器件温度上升时，测得负温度系数热敏器件的采样电压V3下降，经过运算后修正的阈值电压V
OUT2
随之上升，当去饱和电路产生的检测电压高于阈值电压时，将认为功率管中的导通电流超过保护值，则控制输出触发保护的命令。
[0024]进一步地，适用于负温度系数热敏器件的温度补偿采用的电路包括第一级修正运算电路和第二级修正运算电路；
[0025]第一级修正运算电路包括电阻R9、电阻R
10
、电阻R
11
和运算放大器A3，第二级修正运算电路包括电阻R
12
、电阻R
13
、电阻R
14
、电阻R
15
和运算放大器A4；电阻R9和电阻R
10
的一端分别连接运算放大器A3的正向输入端和反向输入端，电阻R9的另一端连接采样电压V3，电阻R
10
的另一端接地GND，电阻R
11
连接运算放大器A3的反向输入端与输出端；电阻R
13
和电阻R
12
的一
端分别连接运算放大器A4的正向输入端和反向输入端，电阻R
13
的另一端连接采样电压V4，电阻R
12
的另一端连接运算放大器A3的输出端，运算放大器A4的负向输入端与输出端之间连接电阻R
15
，电阻R
13
与运算放大器A4的正向输入端之间还并联连接电阻R
14
的一端，电阻R
14
的另一端接地GND。运算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于包括：获取碳化硅MOSFET器件热敏器件的采样电压，并获取MOSFET器件驱动电路的基础电压；根据热敏器件的温度系数确定采用相应的温度补偿；当进行温度补偿时，将热敏器件的采样电压和MOSFET器件驱动电路的基础电压进行运算获得阈值电压，通过阈值电压对去饱和检测阈值进行修正，实现对去饱和保护电路的温度补偿。2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于，根据热敏器件的温度系数确定采用相应的温度补偿，包括：如果热敏器件是正温度系数热敏器件，则采用适用于正温度系数热敏器件的温度补偿；如果热敏器件是负温度系数热敏器件，则采用适用于负温度系数热敏器件的温度补偿。3.根据权利要求2所述的碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于，进行正温度系数热敏器件的温度补偿时，将正温度系数热敏器件的采样电压和MOSFET器件驱动电路的基础电压进行运算获得阈值电压，通过阈值电压对去饱和检测阈值进行修正，包括：当热敏器件温度上升时，测得正温度系数热敏器件的采样电压V1上升，经过运算后修正的阈值电压V
OUT1
随之上升，当去饱和电路产生的检测电压高于阈值电压时，将认为功率管中的导通电流超过保护值，则控制输出触发保护的命令。4.根据权利要求2或3所述的碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于，适用于正温度系数热敏器件的温度补偿采用的电路包括第一级修正运算电路和第二级修正运算电路；第一级修正运算电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和运算放大器A1，第二级修正运算电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和运算放大器A2；电阻R1和电阻R2的一端分别连接运算放大器A1的正向输入端和反向输入端，电阻R1的另一端连接采样电压V1，电阻R2的另一端接地，电阻R3的两端分别连接运算放大器A1的反向输入端和输出端；电阻R4和电阻R7的一端分别连接运算放大器A2的正向输入端和反向输入端，电阻R4的另一端连接运算放大器A1的输出端，电阻R4与运算放大器A2的正向输入端之间并联连接有电阻R5和电阻R6的一端，电阻R5的另一端连接基础电压V2，电阻R6的另一端连接地GND，电阻R7的另一端也接地GND，电阻R8的两端分别连接运算放大器A2的反向输入端和输出端，运算放大器A2的输出电压为V
OUT1
。5.根据权利要求4所述的碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于，正温度系数热敏器件的温度补偿的阈值电压V
OUT1
为：V
OUT1
＝k1V1+k2V26.根据权利要求2所述的碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于，进行负温度系数热敏器件的温度补偿时，将负温度系数热敏器件的采样电压和
MOSFET器件基础电压进行运算后输出对去饱和检测阈值进行修正，包括：当热敏器件温度上升时，测得负温度系数热敏器件的采样电压V3下降，经过运算后修正的阈值电压V
OUT2
随之上升，当去饱和电路产生的检测电压高于阈值电压时，将认为功率管中的导通电流超过保护值，则控制输出触发保护的命令。7.根据权利要求2所述的碳化硅MOSFET器件的去饱和保护电路的温度补偿方法，其特征在于，适用于负温度系数热敏器件的温度补偿采用的电路包括第一级修正运算电路和第二级修正运算电路；第一级修正运算电路包括电阻R9、R
10
、R
11
和运算放大器A3，第二级修正运算电路包括电阻R
12
、R
13
、R
14
、R
15
和运算放大器A4；电阻R9和电阻R
10
的一端分别连接运算放大器A3的正向输入端和反向输入端，电阻R9的另一端连接采样电压V3，电阻R
10
的另一端接地GND，电阻R
11
连接运算放大器A3的反向输入端与输出端；电阻R
13

【专利技术属性】
技术研发人员：梁小斌，郑泽东，叶之菁，李驰，张相飞，王连忠，李涛，刘国静，刘涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：