本发明专利技术公开了一种基于栅极电荷补偿的零关断损耗驱动电路。该电路包括：被驱动功率器件T1为功率半导体器件；驱动电路与被驱动功率器件T1连接；沟道电流调节电路检测被驱动功率器件T1关断过程中的电压变化率并转换成可控电流源，调节流进被驱动功率器件T1的沟道电流，调节关断损耗；栅极电荷补偿电路检测被驱动功率器件T1在关断过程中电压变化率并转换成补偿电流源送至电流镜电路；电流镜电路完全复制来自栅极电荷补偿电路的补偿电流，调节被驱动功率器件T1的驱动电流大小。在抑制关断损耗的同时对关断速度可控，从而在不影响其他方面性能的同时有效地抑制关断损耗，突破功率器件开关频率的上限以促进电力电子变换器实现更高的功率密度。更高的功率密度。更高的功率密度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于栅极电荷补偿的零关断损耗驱动电路
[0001]本专利技术属于电力电子
，更具体地，涉及一种基于栅极电荷补偿的零关断损耗驱动电路。
技术介绍
[0002]电力电子变换器在电能的发电
‑
储存
‑
分配循环中发挥着关键作用，而功率开关器件的性能直接影响其电能变换的效果。随着材料和制造工艺的不断进步，功率开关器件的特性不断得到改进，包括导通电阻的降低、开关速度的提高以及高开关频率的潜力的实现，使得电力电子变换器小型化和高效化的趋势逐渐加强。然而，在如此高的开关频率驱动下，功率器件开关损耗成为电能高效变换的一大挑战。
[0003]通常，开通损耗能够通过零电压(ZVS)技术消除，意味着关断损耗是开关损耗的主要部分，成为影响开关频率上限的关键因素。因此，为最大程度发挥功率开关器件高速开关和高效变换的优势，需要在不影响其他方面性能的同时有效地抑制关断损耗，甚至实现零关断损耗。这对于功率器件突破开关频率上限和变换器实现高功率密度至关重要。
[0004]目前存在的抑制关断损耗的方法主要可以分为两类：1)降低栅极驱动电阻阻值；2)增加漏极
‑
源极电容。但是，如果仅降低栅极驱动电阻阻值，就会导致功率开关器件的关断速度不可控地增加，从而造成严重的振荡和电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)问题。且由于器件内部存在寄生电阻，使得驱动电阻不能调节至零，因此出现适用性受限的问题。采用增加漏极
‑
源极电容的方法尽管可以无限制减小关断损耗，但较大的漏极
‑
源极电容会大幅度降低功率开关器件的关断速度，从而造成死区时间的增大，减小整体效率和提高波形失真度。
技术实现思路
[0005]针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种基于栅极电荷补偿的零关断损耗驱动电路，旨在解决现有技术中如果仅降低栅极驱动电阻会导致开关器件的关断速度不可控和产生EMI等问题，采用增加漏极
‑
源极电容的方法会大幅度降低开关器件的关断速度的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于栅极电荷补偿的零关断损耗驱动电路，包括：被驱动功率器件T1、驱动电路、栅极电荷补偿电路、沟道电流调节电路以及电流镜电路；
[0007]所述被驱动功率器件T1为功率半导体器件；
[0008]所述驱动电路与所述被驱动功率器件T1的源极S和漏极D连接，用于产生驱动所述被控功率器件T1的开通偏置电压V
CC
和关断偏置电压V
EE
，并控制功率器件T1的开通和关断速度；
[0009]所述栅极电荷补偿电路包括反馈电容C
f
、M个第一PNP三极管Q1、N个第二PNP三极管Q2和续流二极管D1；M个所述第一PNP三极管Q1并联，N个所述第二PNP三极管Q2并联；M个所述
第一PNP三极管Q1和N个所述第二PNP三极管Q2的发射极E和基极B分别对应连接，作为第一共同发射极E1和第一共同基极B1；M个所述第一PNP三极管Q1的基极B1和集电极C1短接，所述集电极C1与所述被驱动功率器件T1的源极S端连接，所述共同发射极E与所述反馈电容C
f
的第二端连接；N个所述第二PNP三极管Q2的集电极C2连接所述电流镜电路；所述反馈电容C
f
的第一端与所述被驱动功率器件T1的漏极D连接；所述续流二极管D1的第一端与发射极E连接，第二端与所述被驱动功率器件T1的源极S连接；所述栅极电荷补偿电路用于检测所述被驱动功率器件T1在关断过程中电压变化率并转换成补偿电流源送至所述电流镜电路；
[0010]所述沟道电流调节电路连接在所述被驱动功率器件T1的漏极D和源极S，用于检测所述被驱动功率器件T1关断过程中的电压变化率并转换成可控电流源，调节实际流进所述被驱动功率器件T1的沟道电流，调节关断损耗；
[0011]所述电流镜电路与所述栅极电荷补偿电路和所述被驱动功率器件T1的栅极G连接，用于完全复制来自所述栅极电荷补偿电路的补偿电流，调节所述被驱动功率器件T1的驱动电流大小。
[0012]可选的，所述驱动电路包括串联的驱动电源V
g
与驱动电阻R
g
；所述驱动电阻R
g
一端与所述被驱动功率器件T1的栅极G连接；所述驱动电源V
g
的一端与所述被驱动功率器件T1的源极S连接。
[0013]可选的，所述反馈电容C
f
上的电流I
f
分成经过M个所述第一PNP三极管Q1上的电流i
Q1
和经过N个所述第二PNP三极管Q2上的电流i
Q2
；
[0014]电流i
Q1
的表达式为：i
Q1
＝M/(M+N)
×
I
f
；
[0015]电流i
Q2
的表达式为：i
Q2
＝N/(M+N)
×
I
f
；
[0016]其中，M和N取值为整数，且M和N的比值取值范围为0至无穷大。
[0017]可选的，所述沟道电流调节电路为分流电容C
s
；流过所述分流电容C
s
的电流I
s
的表达式为：I
s
＝C
s
×
dv
DS
/dt；其中，C
s
为分流电容的电容值，v
DS
为漏源极电压，t为开关时间。
[0018]可选的，所述电流镜电路包括第一NPN三极管Q3和第二NPN三极管Q4；
[0019]所述第一NPN三极管Q3和所述第二NPN三极管Q4的基极B端分别对应连接，作为第二共同基极B3；所述第一NPN三极管Q3发射极E3和所述第二NPN三极管Q4的发射极E4分别连接驱动电源V
g
；
[0020]所述第一NPN三极管Q3的集电极C3与N个所述第二PNP三极管Q2的集电极C2连接，基极B3和集电极C3短接；所述第二NPN三极管Q4的集电极C4端与所述被驱动功率器件T1的栅极G连接。
[0021]可选的，流过所述第一NPN三极管Q3的电流i
Q3
和流过所述第二NPN三极管Q4的电流i
Q4
的关系为i
Q4
＝i
Q3
＝N/(M+N)
×
I
f
。
[0022]可选的，所述功率半导体器件T1为SiC MOSFET；所述SiC MOSFET还包括开尔文源极KS，所述栅极G与所述开尔文源极KS之间连接栅极
‑
源极电容C
GS
；所述栅极
‑
源极电容C
GS
的电压为被驱动功率器件T1的驱动电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于栅极电荷补偿的零关断损耗驱动电路，其特征在于，包括：被驱动功率器件T1、驱动电路、栅极电荷补偿电路、沟道电流调节电路以及电流镜电路；所述被驱动功率器件T1为功率半导体器件；所述驱动电路与所述被驱动功率器件T1的源极S和漏极D连接，用于产生驱动所述被控功率器件T1的开通偏置电压V
CC
和关断偏置电压V
EE
，并控制功率器件T1的开通和关断速度；所述栅极电荷补偿电路包括反馈电容C
f
、M个第一PNP三极管Q1、N个第二PNP三极管Q2和续流二极管D1；M个所述第一PNP三极管Q1并联，N个所述第二PNP三极管Q2并联；M个所述第一PNP三极管Q1和N个所述第二PNP三极管Q2的发射极E和基极B分别对应连接，作为第一共同发射极E1和第一共同基极B1；M个所述第一PNP三极管Q1的基极B1和集电极C1短接，所述集电极C1与所述被驱动功率器件T1的源极S端连接，所述共同发射极E与所述反馈电容C
f
的第二端连接；N个所述第二PNP三极管Q2的集电极C2连接所述电流镜电路；所述反馈电容C
f
的第一端与所述被驱动功率器件T1的漏极D连接；所述续流二极管D1的第一端与发射极E连接，第二端与所述被驱动功率器件T1的源极S连接；所述栅极电荷补偿电路用于检测所述被驱动功率器件T1在关断过程中电压变化率并转换成补偿电流源送至所述电流镜电路；所述沟道电流调节电路连接在所述被驱动功率器件T1的漏极D和源极S，用于检测所述被驱动功率器件T1关断过程中的电压变化率并转换成可控电流源，调节实际流进所述被驱动功率器件T1的沟道电流，调节关断损耗；所述电流镜电路与所述栅极电荷补偿电路和所述被驱动功率器件T1的栅极G连接，用于完全复制来自所述栅极电荷补偿电路的补偿电流，调节所述被驱动功率器件T1的驱动电流大小。2.如权利要求1所述的零关断损耗驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括串联的驱动电源V
g
与驱动电阻R
g
；所述驱动电阻R
g
一端与所述被驱动功率器件T1的栅极G连接；所述驱动电源V
g
的一端与所述被驱动功率器件T1的源极S连接。3.如权利要求1所述的零关断损耗驱动电路，其特征在于，所述反馈电容C
f
上的电流I
f
分成经过M个所述第一PNP三极管Q1上的电流i
Q1
和经过N个所述第二PNP三极管Q2上的电流i
Q2
；电流i
Q1
的表达式为：i
Q1
＝M/(M+N)
×
I
...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭晗，宋世杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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