一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路及方法，它包括dv/dt采集电路、变电阻阵列驱动电路和数字信号控制器；dv/dt采集电路将实时采集提取的器件通断时的dv/dt峰值输入到数字信号控制器中，数字信号控制器计算得到和期望栅极电阻阻值最接近的电阻值后输出控制信号到变电阻阵列驱动电路，变电阻阵列驱动电路根据控制信号切换各个电阻阵列上MOS管的开通关断状态，使得栅极电阻支路并进或者切出电阻阵列，进而动态调节器件通断时的dv/dt并将器件的dv/dt维持在目标值。本发明专利技术减小了器件在全功率工作范围内的开关损耗，可以减小器件的散热器体积，提高变换器的工作可靠性，增加变换器的寿命。增加变换器的寿命。增加变换器的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路及方法


[0001]本专利技术涉及电子
，尤其涉及一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路及方法。

技术介绍

[0002]随着第三代宽禁带半导体的日益发展，诸如碳化硅MOSFET(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect
‑
Transistor)、氮化镓器件等功率半导体器件正在逐渐扩大市场，广泛应用于对高频、高压、高效率等有着较高需求的应用领域。然而，宽禁带半导体较高的开关速度，即很高的漏源电压变化斜率(dv/dt)以及器件电流变化斜率(di/dt)，也带来了许多问题，如变换器中的EMI问题以及电机应用中绝缘层的老化问题等等。
[0003]然而，目前对半导体器件的dv/dt调控的技术方案主要是通过检测负载电流或者饱和压降作为反馈信号，通过变栅极电阻、变栅极电流、变栅极电压等方式来调节开关器件的dv/dt。目前现存的技术方案的主要问题有两个，一方面，没有通过对碳化硅MOSFET的开通关断dv/dt进行直接检测，对开关器件dv/dt控制精度不高，无法适用于需要高精度dv/dt调控的控制策略。另一方面，目前的dv/dt控制方法和控制策略没有深入考虑dv/dt随负载变化的情况，提出的控制策略不能充分发挥dv/dt控制的优势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路及方法，解决了现有dv/dt控制方法存在的不足。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路，它包括dv/dt采集电路、变电阻阵列驱动电路和数字信号控制器；所述dv/dt采集电路将实时采集提取的器件开通和关断时的dv/dt峰值输入到数字信号控制器中，所述数字信号控制器对接收到的dv/dt峰值数据进行对比计算得到所有电阻支路的可能组合，并计算出和期望栅极电阻阻值最接近的电阻值后输出对应的控制信号到变电阻阵列驱动电路，所述变电阻阵列驱动电路根据控制信号切换各个电阻阵列上MOS管的开通关断状态，使得栅极电阻支路并进或者切出电阻阵列，使得等效栅极电阻阻值达到期望电阻阻值，进而动态调节器件开通和关断时的dv/dt并将器件的dv/dt维持在目标值。
[0006]所述dv/dt采集电路包括dv/dt检测电路、高速运放隔离电路、包络线峰值提取电路和隔离电路；dv/dt检测电路与器件连接并通过串联的电阻和电容动态检测提取器件工作时的dv/dt脉冲信号后输入到高速运放隔离电路进行功率隔绝和信号放大，通过包络线峰值提取电路将检测出的器件开通与关断dv/dt脉冲信号的峰值包络提取处理后再通过隔离电路进行一次功率隔绝，实现在线实时获取器件的开通与关断dv/dt的峰值采集。
[0007]所述变电阻阵列驱动电路包括多路并联的栅极电阻支路，每路栅极电阻支路与器件的栅极连接，其均包括一个MOS开关管，在MOS开关管上串联有至少一个电阻；数字信号控
制器与MOS开关管连接，通过数字信号控制器输出的控制信号控制每路栅极电阻支路上MOS开关管的通断状态使得栅极电阻支路并进或者切出电阻阵列。
[0008]一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路的动态调控方法，所述动态调控方法包括：
[0009]器件开通与关断dv/dt峰值在线采集步骤：通过dv/dt采集电路对器件开通与关断时dv/dt脉冲信号进行检测后再依次进行功率隔绝、信号放大、包络线峰值检测和隔离后输入到数字信号控制器；
[0010]对比计算步骤：将采集检测出来的dv/dt峰值与预设值进行对比，并通过PI控制计算得到与期望栅极电阻阻值最接近的电阻值后输出相应的控制信号到变电阻阵列驱动电路；
[0011]动态调节步骤：变电阻阵列驱动电路根据输入的控制信号控制每路栅极电阻支路上MOS开关管的通断状态，使得栅极电阻支路并进或者切出电阻阵列，使得等效栅极电阻阻值达到期望电阻阻值，进而动态调节器件开通和关断时的dv/dt并将器件的dv/dt维持在目标值。
[0012]所述对比计算步骤具体包括：
[0013]将检测出来的dv/dt峰值与实际预设的dv/dt峰值目标值做对比，并且用提取的dv/dt峰值减去预设的目标峰值；
[0014]将得到的差值进行比例
‑
积分计算，能够得到在此时的负载、工作温度以及其他外界条件下为了让器件开通与关断dv/dt能够维持在目标dv/dt对应的栅极电阻值；
[0015]同时通过数字信号控制器计算所有的电阻支路的可能组合，并在其中选出和期望栅极电阻阻值最相近的两个电阻值，并记录和输出其相应的控制信号。
[0016]本专利技术具有以下优点：一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路及方法，通过对器件的开通与关断dv/dt的最大值进行直接检测，在线地获取此时的动态dv/dt最大值，并通过动态切换栅极电阻，实现对目标电阻值的跟踪，从而实现在部分负载下能够将dv/dt控制在满载下的dv/dt目标值。使得部分负载下的器件dv/dt可以工作在较高的目标值下，同时不违反电磁兼容的限制，从而减小了器件在全功率工作范围内的开关损耗，可以减小器件的散热器体积，提高变换器的工作可靠性，增加变换器的寿命。
附图说明
[0017]图1为本专利技术方法的控制逻辑示意图；
[0018]图2为本专利技术dv/dt采集电路示意图；
[0019]图3为本罚款dv/dt控制策略示意图。
具体实施方式
[0020]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选
定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本专利技术做进一步的描述。
[0021]如图1和图2所示，本专利技术实施例1涉及一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路，它包括dv/dt采集电路、变电阻阵列驱动电路和数字信号控制器；所述dv/dt采集电路将实时采集提取的器件开通和关断时的dv/dt峰值输入到数字信号控制器中，所述数字信号控制器对接收到的dv/dt峰值数据进行对比计算得到所有电阻支路的可能组合，并计算出和期望栅极电阻阻值最接近的电阻值后输出对应的控制信号到变电阻阵列驱动电路，所述变电阻阵列驱动电路根据控制信号切换各个电阻阵列上MOS管的开通关断状态，使得栅极电阻支路并进或者切出电阻阵列，使得等效栅极电阻阻值达到期望电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路，其特征在于：它包括dv/dt采集电路、变电阻阵列驱动电路和数字信号控制器；所述dv/dt采集电路将实时采集提取的器件开通和关断时的dv/dt峰值输入到数字信号控制器中，所述数字信号控制器对接收到的dv/dt峰值数据进行对比计算得到所有电阻支路的可能组合，并计算出和期望栅极电阻阻值最接近的电阻值后输出对应的控制信号到变电阻阵列驱动电路，所述变电阻阵列驱动电路根据控制信号切换各个电阻阵列上MOS管的开通关断状态，使得栅极电阻支路并进或者切出电阻阵列，使得等效栅极电阻阻值达到期望电阻阻值，进而动态调节器件开通和关断时的dv/dt并将器件的dv/dt维持在目标值。2.根据权利要求1所述的一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路，其特征在于：所述dv/dt采集电路包括dv/dt检测电路、高速运放隔离电路、包络线峰值提取电路和隔离电路；dv/dt检测电路与器件连接并通过串联的电阻和电容动态检测提取器件工作时的dv/dt脉冲信号后输入到高速运放隔离电路进行功率隔绝和信号放大，通过包络线峰值提取电路将检测出的器件开通与关断dv/dt脉冲信号的峰值包络提取处理后再通过隔离电路进行一次功率隔绝，实现在线实时获取器件的开通与关断dv/dt的峰值采集。3.根据权利要求1所述的一种基于器件开关电压变化率直接检测的动态调控电路，其特征在于：所述变电阻阵列驱动电路包括多路并联的栅极电阻支路，每路栅极电阻支路与器件的栅极连接，其均包括一个MOS开关管，在MOS开关管上串联有至少一个电阻；数字信号控制器与MOS开关管连接，通过数字信号控制器输出的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋华平，吴泽兵，许超，刘立，冉立，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：