栅极保护电路和电力电子设备制造技术

本发明专利技术提供了一种栅极保护电路和电力电子设备，其中，栅极保护电路包括：主传输线路，连接于栅极驱动模块和MOS管的栅极之间；参考信号模块，用于生成参考信号；比较模块，比较模块的两个输入端分别连接至栅极驱动模块和参考信号模块；压控模块，连接于主传输线路的输出端与地线之间，压控模块的驱动端连接于比较模块的输出端，其中，在栅极驱动信号大于或等于参考信号时，比较模块向压控模块输出导通信号，以控制压控模块导通，压控模块的分压信号作为保护信号输出至MOS管的栅极，分压信号小于栅极驱动信号。通过本发明专利技术技术方案，提高了栅极保护电路的可靠性，降低栅极过压失效的可能性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及栅极保护电路
，具体而言，涉及一种栅极保护电路和一种电力电子设备。
技术介绍
智能功率模块，即IPM(IntelligentPowerModule)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动器件(DeriverIntegratedCircuit，即DriverIC)。由于具有高集成度、高可靠性等优势，智能功率模块赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带材料应用到半导体器件中，尤其是电力电子设备的驱动芯片(DeriverIntegratedCircuit，即DriverIC)中，由于其禁带宽度和击穿场强远高于硅材料半导体器件。相关技术中，驱动芯片DriverIC的主流驱动保护电路包括以下两种，如图1A，在驱动芯片DriverIC的外侧设置保护电阻R1，对栅极(图1A中所示的Gate端)的驱动信号进行限流处理，或如图1B所示，在驱动芯片DriverIC的内侧设置保护电阻R2，对栅极(图1B中所示的Gate端)的驱动信号进行限流处理。但是，在相同的耐压负载下，宽禁带材料MOSFET的寄生电容远小于硅材料半导体器件，其对驱动电路的寄生参数更加敏感，更适于在-2～+20V的驱动电压下工作，而硅材料半导体器件适于在0-15V的驱动电压下工作，电压UGS(栅极和源极之间的电压)变为负值时，栅源两端的氧化层电容会增大，这会增加MOSFET开通及关断时所需的电荷量，从而影响开关速度。故完全套用硅材料半导体器件的驱动方式，来驱动宽禁带材料MOSFET是不合理的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出了一种栅极保护电路。本专利技术的另一个目的在于提出了一种电力电子设备。为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例，提出了一种栅极保护电路，包括：主传输线路，连接于栅极驱动模块和MOS管的栅极之间；参考信号模块，用于生成参考信号；比较模块，比较模块的两个输入端分别连接至栅极驱动模块和参考信号模块，用于对栅极驱动信号与参考信号进行比较；压控模块，连接于主传输线路的输出端与地线之间，压控模块的驱动端连接于比较模块的输出端，其中，在栅极驱动信号大于或等于参考信号时，比较模块向压控模块输出导通信号，以控制压控模块导通，压控模块的分压信号作为保护信号输出至MOS管的栅极，分压信号小于栅极驱动信号。根据本专利技术的实施例的栅极保护电路，通过在栅极保护电路中设置参考信号模块、比较模块和压控模块，并且在栅极驱动信号大于或等于参考信号时，比较模块向压控模块输出导通信号，以控制压控模块导通，压控模块的分压信号作为保护信号输出至MOS管的栅极，分压信号小于栅极驱动信号，通过参考模块输出可调的参考信号，适用于各种驱动电路的栅极驱动保护，将驱动IC内部过压保护与外部电路过压保护结合，也即通过采用主动压控驱动的模式，最大程度降低栅极保护电路因栅极过压失效，提高智能功率模块的可靠性；与此同时，整个驱动电路附加的具备了优化MOSFET参数的功能，尤其对发挥宽禁带器件的优势提供了强有力的支撑。值得特别指出的是，上述栅极保护电路并不限于宽禁带MOSFET，通过调节参考模块输出的参考信号，同样适用于硅基半导体器件的栅极驱动保护方案中。根据本专利技术的上述实施例的栅极保护电路，还可以具有以下技术特征：优选地，还包括：主传输线路中设有第一保护电阻；压控模块包括：串联连接的压控开关和第二保护电阻，压控开关的驱动端连接至比较模块的输出端，在压控开关的驱动端接收到导通信号时，压控开关导通，第一保护电阻、压控开关和第二保护电阻对栅极驱动信号进行分压处理，压控模块输出压控开关和第二保护电阻的分压值作为保护信号。根据本专利技术的实施例的栅极保护电路，通过在压控开关的驱动端接收到导通信号时，压控开关导通，第一保护电阻、压控开关和第二保护电阻对栅极驱动信号进行分压处理，压控模块输出压控开关和第二保护电阻的分压值作为保护信号。具体地，在比较模块判定栅极驱动信号大于或等于参考信号时，MOS管的栅极存在过压失效的危险，因此，通过比较模块输出导通信号控制压控开关导通，压控开关的导通电压一般为固定值，因此，第一保护电阻和第二保护电阻对栅极驱动信号进行分压，输出的保护信号小于栅极驱动信号，降低了MOS管因栅极的电压值过高而被击穿的可能性。优选地，压控开关为三极管时，驱动端为三极管的基极。优选地，压控开关为MOS管时，驱动端为MOS管的栅极。优选地，比较模块包括：比较器，比较器的正输入端连接至栅极驱动模块，以获取栅极驱动信号，比较器的负输入端连接至参考信号模块，以获取参考信号；三极管为NPN型三极管，比较器的输出端连接至NPN型三极管的基极，其中，在比较器判定栅极驱动信号大于或等于参考信号模块时，比较器的输出端输出高电平信号，即作为导通信号以控制NPN型三极管导通。根据本专利技术的实施例的栅极保护电路，通过在比较模块中设置比较器和NPN型三极管，并且在比较器判定栅极驱动信号大于或等于参考信号模块时，比较器的输出端输出高电平信号，即作为导通信号以控制NPN型三极管导通，通过第一保护电阻和第二保护电阻的分压输出来减小栅极的电压值，提高了MOS管的可靠性。优选地，比较模块包括：比较器，比较器的正输入端连接至栅极驱动模块，以获取栅极驱动信号，比较器的负输入端连接至参考信号模块，以获取参考信号；MOS管为P沟道MOS管，比较器的输出端连接至P沟道MOS管的栅极，其中，在比较器判定栅极驱动信号大于或等于参考信号模块时，比较器的输出端输出高电平信号，即作为导通信号以控制P沟道MOS管导通。根据本专利技术的实施例的栅极保护电路，通过在比较模块中设置比较器和P沟道MOS管，并且在比较器判定栅极驱动信号大于或等于参考信号模块时，比较器的输出端输出高电平信号，即作为导通信号以控制P沟道MOS管导通，通过第一保护电阻和第二保护电阻的分压输出来减小栅极的电压值，提高了MOS管的可靠性。优选地，在比较模块判定栅极驱动信号小于参考信号时，比较模块向压控模块输出关断信号，以控制压控模块关断，栅极驱动信号通过主传输线路传输至MOS管的栅极。根据本专利技术的实施例的栅极保护电路，通过在比较模块判定栅极驱动信号小于参考信号时，比较模块向压控模块输出关断信号，以控制压控模块关断，栅极驱动信号通过主传输线路传输至MOS管的栅极，也即在栅极驱动信号属于工作范围时，压控模块不工作，直接将栅极驱动信号输出至MOS管的栅极，以保证MOS管正常导通或关断。优选地，栅极驱动模块还包括：驱动信号发生器，用于生成栅极驱动信号；内置保护电阻，连接至驱动信号发生器和栅极驱动模块的输出端。根据本专利技术的实施例的栅极保护电路，通过将内置保护电阻设于驱动信号发生器和栅极驱动模块的输出端之间，对MOS管的栅极电流进行限流处理，降低MOS管被热击穿的可能性。优选地，MOS管为氮化镓MOSFET器件或碳化硅MOSFET器件。优选地，参考模块包括：串联连接的电阻元件和稳压二极管，串联连接于直流源和地线之间，电阻元件和稳压二极管的公共端作为参考模块的输出端，连接至压控模块的驱动端。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极保护电路，连接于栅极驱动模块和MOS管的栅极之间，所述栅极驱动模块向所述MOS管的栅极输出栅极驱动信号，其特征在于，所述栅极保护电路包括：主传输线路，连接于栅极驱动模块和MOS管的栅极之间；参考信号模块，用于生成参考信号；比较模块，所述比较模块的两个输入端分别连接至所述栅极驱动模块和所述参考信号模块，用于对所述栅极驱动信号与所述参考信号进行比较；压控模块，连接于所述主传输线路的输出端与地线之间，所述压控模块的驱动端连接于所述比较模块的输出端，其中，在所述栅极驱动信号大于或等于所述参考信号时，所述比较模块向所述压控模块输出导通信号，以控制所述压控模块导通，所述压控模块的分压信号作为保护信号输出至所述MOS管的栅极，所述分压信号小于所述栅极驱动信号。

【技术特征摘要】
1.一种栅极保护电路，连接于栅极驱动模块和MOS管的栅极之间，所述栅极驱动模块向所述MOS管的栅极输出栅极驱动信号，其特征在于，所述栅极保护电路包括：主传输线路，连接于栅极驱动模块和MOS管的栅极之间；参考信号模块，用于生成参考信号；比较模块，所述比较模块的两个输入端分别连接至所述栅极驱动模块和所述参考信号模块，用于对所述栅极驱动信号与所述参考信号进行比较；压控模块，连接于所述主传输线路的输出端与地线之间，所述压控模块的驱动端连接于所述比较模块的输出端，其中，在所述栅极驱动信号大于或等于所述参考信号时，所述比较模块向所述压控模块输出导通信号，以控制所述压控模块导通，所述压控模块的分压信号作为保护信号输出至所述MOS管的栅极，所述分压信号小于所述栅极驱动信号。2.根据权利要求1所述的栅极保护电路，其特征在于，所述主传输线路中设有第一保护电阻；所述压控模块包括：串联连接的压控开关和第二保护电阻，所述压控开关的驱动端连接至所述比较模块的输出端，在所述压控开关的驱动端接收到所述导通信号时，所述压控开关导通，所述第一保护电阻、所述压控开关和所述第二保护电阻对所述栅极驱动信号进行分压处理，所述压控模块输出所述压控开关和所述第二保护电阻的分压值作为所述保护信号。3.根据权利要求2所述的栅极保护电路，其特征在于，所述压控开关为三极管时，所述驱动端为所述三极管的基极。4.根据权利要求2所述的栅极保护电路，其特征在于，所述压控开关为MOS管时，所述驱动端为所述MOS管的栅极。5.根据权利要求2或3所述的栅极保护电路，其特征在于，所述比较模块包括：比较器，所述比较器的正输入端连接至所述栅极驱动模块，以获取所述栅极驱动信号，所述比较器的负输入端连接至所述参考信号模块，以获取所述参考信号；所述三极管为NPN型三极管，所述比较器的输出端连接至所述NPN型三极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东子，冯宇翔，
申请(专利权)人：美的集团股份有限公司，广东美的制冷设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44