一种大功率SiC功率模块驱动电路制造技术

本发明专利技术属于电机控制器技术领域，公开了一种大功率SiC功率模块驱动电路。采用双端隔离驱动电源，负压关短可有效抑制串扰引起的误导通，具有良好的可靠性和抗电磁干扰性；同时集成母线电压采样及相电流采样电路，极大的简化了电驱动系统功率硬件结构，对电推进驱动电机控制器集成化、高效化设计十分友好。SiC功率器件驱动电路由驱动前级电路、双端隔离驱动电源电路、隔离采样电路、驱动及保护电路组成。驱动及保护电路组成。驱动及保护电路组成。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率SiC功率模块驱动电路


[0001]本专利技术属于电机控制器
，尤其涉及一种大功率SiC功率模块驱动电路。

技术介绍

[0002]电推进系统为飞机提供能源和用于克服阻力使飞机飞行的动力，主要由电池组、电动机、控制器和螺旋桨等组成。其中，电池组将化学能转换为电能，为飞机提供和所需的能量；电动机将电能转换为机械能，并由控制器控制满足不同飞行状态所需的输出功率；螺旋桨为飞机提供飞行的动力。
[0003]电推进驱动系统电机控制器是实现电能转换的重要装置，用来控制电推进驱动电机的高效、高可靠运行。其中功率转换部分主要包括功率开关管、功率开关管栅极驱动电路、电压和电流互感器等。因此要实现电推进驱动电机的高效可靠运行，必须考虑大功率条件下功率管可靠驱动的问题。
[0004]碳化硅(SiC)功率器件作为一种新型的具有发展潜力的功率器件，具有高功率密度、耐高温、高频、低损耗的特点，同时还有优良导热系数优势，可以极大的减小散热器的设计尺寸，对提高整机功率密度、减小设备体积和重量、减小散热系统具有重要意义，尤其是在对系统功重比要求严格的航空领域，更是引起了人民广泛关注。与Si基功率器件相比，在传统的硬件开关拓扑结构中，SiC功率器件的快速开关暂态过程使其对寄生参数更加敏感，需要承受更大的电气应力。SiC功率器件有一些寄生参数，包括内部寄生电容，三个引脚上的内部寄生电感，栅极电阻等，对SiC功率器件的模型搭建要考虑寄生参数的影响。通常Si基功率器件的驱动高电平电压为12V～15V，低电平电压为0V。而SiC器件的MOS沟道部分迁移率较低，沟道阻抗比Si基器件高，其所需的栅极驱动电压更高，以得到较低的导通电阻，通常SiC器件所需的驱动高电平为15～20V，低电平为
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5～0V。另外，由于SiC器件与一般的Si器件相比，栅极充电电荷比较小，因此所需要的驱动功率也比较小。所以常规的Si器件的驱动电路不能直接用来驱动SiC器件，需要进行特殊的设计。
[0005]目前针对SiC功率模块驱动模块市面上成熟的产品较少，国内外各大驱动器生产厂商正在开展SiC相关产品的开发，这就导致SiC功率模块的应用受到极大的限制。因此设计一款集成的、性能良好、经济实惠的SiC驱动器具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对目前SiC功率模块应用受到极大限制的不足，提出了一种大功率SiC功率模块驱动电路，以解决SiC功率器件在电机控制器中应用时的可靠驱动问题。
[0007]一种SiC功率模块驱动电路，所述驱动电路包括：上管驱动电路和下管驱动电路；
[0008]所述上管驱动电路包括：驱动芯片U401和驱动芯片U401左侧的原边子电路及驱动芯片U401右侧的副边子电路；
[0009]驱动芯片U401的1脚与控制电源5V_Q相连，3～6脚均与控制电源地GND_Q相连；14脚与驱动电源正输出+15V_UP相连，10脚与驱动电源地GND_UP相连，15脚与驱动电源负输
出
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4V_UP相连；
[0010]所述原边子电路包括：下拉电阻R413、故障信号上拉电阻R414，滤波电阻R415，滤波电容C403，缓冲及高频滤波电容C401、C402；电阻R415一端连接PWM输入信号正极，另一端与驱动芯片U401的7脚连接，电阻R414两端分别于1脚和8脚相连，电阻R413两端分别与3脚和7脚相连，电容C403与电阻R413并联；电容C401、C402并联且两端分别连接1脚和3脚；
[0011]副边子电路包括：钳位二极管D401，稳压管D402～D407、D408、D409、D410，开通/关断栅极电阻R417～R420、R421～R424，分压电阻R402～R410，电阻R401、R411、R412、R416、R425，缓冲电容C405～C408，电容Ccs1、Ccs2、C404；
[0012]电阻R401一端与驱动芯片U401的11脚相连，电阻R401另一端依次串联电阻R402～R410后连接上管漏极；电阻R401另一端还串联电阻R412接驱动电源地，电容Ccs2与电阻R412并联；稳压管D402～D407同向串联，稳压管D407末端与上管漏极相连，稳压管D402阳极与稳压管D408阳极相连，电阻R411一端连接在稳压管D402阳极与稳压管D408阳极之间，另一端与钳位二极管D401阳极连接，钳位二极管D401阴极连接驱动芯片U401的11脚；电容Ccs1与电阻R411并联；稳压管D409的阴极与稳压管D408的阳极连接，稳压管D409的阳极与驱动芯片U401的15脚连接，电阻R416与稳压管D409并联；稳压管D408阴极与稳压管D410的阳极连接且与上管的栅极连接，稳压管D410的阴极和驱动芯片U401的14脚连接；
[0013]电容C405和C406均并联在驱动芯片U401的14脚和10脚之间；电容C407和电容C408均并联在驱动芯片U401的15脚和10脚之间；
[0014]电容C404并联在驱动芯片U401的12脚和13脚之间；
[0015]电阻R417～R420为栅极开通电阻，并联之后一端与驱动芯片U401的14脚相连，
[0016]电阻R421～R424为栅极关断电阻，并联之后一端与驱动芯片U401的16脚相连，
[0017]电阻R417～R424另一端均与上管栅极相连；
[0018]电阻R425连接在上管栅极与驱动芯片U401的15脚之间；
[0019]上管的源极与驱动芯片U401的10脚相连；
[0020]所述下管驱动电路包括驱动芯片U402，下管驱动电路除输入信号为PWM输入信号负极之外其余连接关系与上管驱动电路相同。
[0021]进一步，稳压管D7为双向稳压管。
[0022]进一步，所述驱动电路还包括：故障信号子电路；
[0023]所述故障信号子电路包括：逻辑芯片U403、滤波电容C416，旁路电容C413；
[0024]所述逻辑芯片U03的6脚和3脚分别与控制电源5V_Q和控制电源地GND_Q；
[0025]电容C413并联在逻辑芯片U403的6脚和3脚之间，逻辑芯片U403的4脚和2脚短接后同时与驱动芯片U401的8脚及驱动芯片U402的8脚相连以接收故障信号；
[0026]电容C416连接在逻辑芯片U403的4脚与控制电源地之间；
[0027]逻辑芯片U403的5脚和7脚作为故障差分信号输出端。
[0028]进一步，所述驱动电路还包括：驱动前级子电路；
[0029]所述驱动前级子电路包括：光耦隔离电路单元和逻辑电路单元；
[0030]所述光耦隔离电路单元包括：隔离光耦101，限流电阻R101、R103、R104、R106，滤波电阻R102、R105、滤波电容C104、C15以及滤波电容C101、C102；
[0031]隔离光耦U101的8脚和5脚分别与控制电源和控制电源地相连，电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率SiC功率模块驱动电路，其特征在于：所述驱动电路包括：上管驱动电路和下管驱动电路；所述上管驱动电路包括：驱动芯片U401和驱动芯片U401左侧的原边子电路及驱动芯片U401右侧的副边子电路；驱动芯片U401的1脚与控制电源5V_Q相连，3～6脚均与控制电源地GND_Q相连；14脚与驱动电源正输出+15V_UP相连，10脚与驱动电源地GND_UP相连，15脚与驱动电源负输出
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4V_UP相连；所述原边子电路包括：下拉电阻R413、故障信号上拉电阻R414，滤波电阻R415，滤波电容C403，缓冲及高频滤波电容C401、C402；电阻R415一端连接PWM输入信号正极，另一端与驱动芯片U401的7脚连接，电阻R414两端分别于1脚和8脚相连，电阻R413两端分别与3脚和7脚相连，电容C403与电阻R413并联；电容C401、C402并联且两端分别连接1脚和3脚；副边子电路包括：钳位二极管D401，稳压管D402～D407、D408、D409、D410，开通/关断栅极电阻R417～R420、R421～R424，分压电阻R402～R410，电阻R401、R411、R412、R416、R425，缓冲电容C405～C408，电容Ccs1、Ccs2、C404；电阻R401一端与驱动芯片U401的11脚相连，电阻R401另一端依次串联电阻R402～R410后连接上管漏极；电阻R401另一端还串联电阻R412接驱动电源地，电容Ccs2与电阻R412并联；稳压管D402～D407同向串联，稳压管D407末端与上管漏极相连，稳压管D402阳极与稳压管D408阳极相连，电阻R411一端连接在稳压管D402阳极与稳压管D408阳极之间，另一端与钳位二极管D401阳极连接，钳位二极管D401阴极连接驱动芯片U401的11脚；电容Ccs1与电阻R411并联；稳压管D409的阴极与稳压管D408的阳极连接，稳压管D409的阳极与驱动芯片U401的15脚连接，电阻R416与稳压管D409并联；稳压管D408阴极与稳压管D410的阳极连接且与上管的栅极连接，稳压管D410的阴极和驱动芯片U401的14脚连接；电容C405和C406均并联在驱动芯片U401的14脚和10脚之间；电容C407和电容C408均并联在驱动芯片U401的15脚和10脚之间；电容C404并联在驱动芯片U401的12脚和13脚之间；电阻R417～R420为栅极开通电阻，并联之后一端与驱动芯片U401的14脚相连，电阻R421～R424为栅极关断电阻，并联之后一端与驱动芯片U401的16脚相连，电阻R417～R424另一端均与上管栅极相连；电阻R425连接在上管栅极与驱动芯片U401的15脚之间；上管的源极与驱动芯片U401的10脚相连；所述下管驱动电路包括驱动芯片U402，下管驱动电路除输入信号为PWM输入信号负极之外其余连接关系与上管驱动电路相同。2.根据权利要求1所述的SiC功率模块驱动电路，其特征在于：稳压管D7为双向稳压管。3.根据权利要求1所述的SiC功率模块驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括：故障信号子电路；所述故障信号子电路包括：逻辑芯片U403、滤波电容C416，旁路电容C413；所述逻辑芯片U03的6脚和3脚分别与控制电源5V_Q和控制电源地GND_Q；电容C413并联在逻辑芯片U403的6脚和3脚之间，逻辑芯片U403的4脚和2脚短接后同时与驱动芯片U401的8脚及驱动芯片U402的8脚相连以接收故障信号；
电容C416连接在逻辑芯片U403的4脚与控制电源地之间；逻辑芯片U403的5脚和7脚作为故障差分信号输出端。4.根据权利要求3所述的SiC功率模块驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括：驱动前级子电路；所述驱动前级子电路包括：光耦隔离电路单元和逻辑电路单元；所述光耦隔离电路单元包括：隔离光耦101，限流电阻R101、R103、R104、R106，滤波电阻R102、R105、滤波电容C104、C15以及滤波电容C101、C102；隔离光耦U101的8脚和5脚分别与控制电源和控制电源地相连，电阻R101和R103的一端分别与隔离光耦U101的1脚和2脚连接，电阻R1和R3的另一端连接A路PWM波差分信号；电阻R104和R106的一端分别与隔离光耦U101的4脚和3脚连接，电阻R104和R106的另一端连接B路PWM波差分信号；电阻R102和R105的一端分别与隔离光耦U101的7脚和6脚相连，电阻R102和R105的另一端作为隔离光耦U101的输出；电容C104和电容C105分别并联在电阻R102和R105的输出端接地；电容C101...

【专利技术属性】
技术研发人员：何琪，钟兴宇，段晓丽，杨阳，吴东华，刘争园，李双，王坤明，吴茂鹏，张海峥，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：