一种谐振无损驱动电路结构制造技术

本发明专利技术公开一种谐振无损驱动电路结构，包括四个辅助开关管S1、S2、S3、S4、谐振电感L

【技术实现步骤摘要】
一种谐振无损驱动电路结构


[0001]本专利技术涉及半导体器件驱动领域，特别是涉及一种谐振无损驱动电路结构。

技术介绍

[0002]近年来，以SiC为代表的宽禁带半导体功率器件在大功率电能变换领域获得了广泛的应用。SiC MOSFET可以工作在较高的开关频率下，但是器件的驱动损耗与开关频率成正比关系，在高频应用场合下，SiC MOSFET的驱动损耗明显，导致系统整体损耗增加。
[0003]针对SiC MOSFET驱动损耗的问题，目前大多采用设计谐振驱动的方法。但是为实现谐振驱动，需多个辅助开关管协同工作，从而增大了驱动电路的设计规模与控制难度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种谐振无损驱动电路结构，通过辅助开关管组合开关方式，简化SiC MOSFET的谐振门极驱动电路，实现了能量回收，降低了驱动损耗，提高了能量转换效率。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种谐振无损驱动电路结构，包括四个辅助开关管S1、S2、S3、S4、谐振电感L
r
、一个正电压源VCC和一个负电源VEE，所述辅助开关管S1和辅助开关管S2相互串联，所述辅助开关管S3和辅助开关管S3相互串联，串联后的辅助开关管S1、S2与串联后的辅助开关管S3、 S4相互并联，所述谐振电感L
r
的一端连接于辅助开关管S1和辅助开关管S2之间，另一端连接于辅助开关管S3和辅助开关管S4之间，所述正电压源VCC连接于辅助开关管S1和辅助开关管S3之间，所述负电源VEE连接于辅助开关管S2和辅助开关管S4之间；辅助开关管S3和辅助开关管S4之间还连接有待驱动器件。
[0007]进一步的，所述待驱动器件为SiC MOSFET，SiC MOSFET包括栅极输入电容C
iss
。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：
[0009]1.该驱动电路结构包括四个辅助开关管及一个谐振电感。通过辅助开关管的配合，控制谐振电感和SiC MOSFET寄生电容的充放电状态，实现SiC MOSFET的开通和关断。具体表现为：通过辅助开关管构造谐振电感预充电回路，在MOSFET需要开通关断时，谐振电感与 SiC MOSFET的输入电容串联，利用预充电在谐振电感的能量加速了SiC MOSFET的开关过程，减小了开关损耗；在SiC MOSFET开通关断前，谐振电感上的能量回馈至驱动电源，从而减小了驱动损耗。该驱动电路结构采用负压关断SiC MOSFET可以有效地减小驱动干扰，防止SiC MOSFET由于串扰而产生误导通，从而增加功率变换器整体的可靠性。
[0010]2.通过本专利技术电路结构实现对SiC MOSFET的驱动，并降低了驱动电路的整体损耗，改善驱动电路发热现象，同时提高开关速度，降低开关损耗，使得SiC MOSFET能在高频工作环境长期低损稳定工作。因此，该新型谐振无损驱动电路更符合工程需求，降低整体损耗。
[0011]3.本专利技术谐振无损驱动电路采用负压关断SiC MOSFET可以有效地减小驱动干扰，
防止SiC MOSFET由于桥臂串扰而产生误导，从而增加系统整体的可靠性。
[0012]4.相比于传统的谐振驱动电路，四个辅助开关管构成的新型谐振无损驱动电路减少了设计规模与控制难度，从而能够快速可靠的实现SiC MOSFET的驱动。
附图说明
[0013]图1是本专利技术谐振无损驱动电路的结构示意图。
[0014]图2a至图2i是谐振无损驱动电路的几种模态示意图。
[0015]图3是本专利技术谐振无损栅极驱动电路的主要波形示意图。
具体实施方式
[0016]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]本专利技术提供一种新型谐振无损驱动电路，和传统驱动电路(CGD)相比，实现了降低了驱动损耗，增加了开关速度，减小了SiC MOSFET开关损耗，提升了系统整体效率。
[0018]该新型谐振无损驱动电路结构图如附图1所示，由4个辅助开关管S1、S2、S3、S4、谐振电感L
r
、一个正电压源VCC和一个负电源VEE构成。辅助开关管S1和辅助开关管S2相互串联，所述辅助开关管S3和辅助开关管S3相互串联，串联后的辅助开关管S1、S2与串联后的辅助开关管S3、S4相互并联，所述谐振电感L
r
的一端连接于辅助开关管S1和辅助开关管S2之间，另一端连接于辅助开关管S3和辅助开关管S4之间，正电压源VCC连接于辅助开关管S1和辅助开关管S3之间，负电源VEE连接于辅助开关管S2和辅助开关管S4之间；辅助开关管 S3和辅助开关管S4之间还连接有待驱动器件。
[0019]附图1中，Q为待驱动的器件SiC MOSFET，C
iss
为SiC MOSFET栅极输入电容，其值等于栅源极电容C
gs
与栅漏极电容C
gd
之和。本实施例所提出的谐振无损驱动电路的主要波形如附图3所示。其中，包括S1～S4的控制信号、电感电流i
Lr
和SiC MOSFET门极驱动电压V
GS
。通过顺序切换S1～S4，能够有效地驱动SiC MOSFET。
[0020]具体的，本实施例的谐振无损驱动电路可分为9个工作模态，每个工作模态下的电流通路如图2a至图2i所示。谐振门极驱动电路各个模态可以分解详细分析。
[0021]模态1[t0,t1]：假设从t0时刻开始，S1、S2、S3处于关断状态，S4处于导通状态，SiC MOSFET 的门极电压被钳位在V
EE
，SiC MOSFET处于关断状态。
[0022]模态2[t1,t2]：t1时刻，S1和S4导通，S2和S3关断，电源V
CC
给谐振电感L
r
进行预充电，谐振电感电流i
Lr
增加，电流通路为V
CC
‑
S1‑
L
r
‑
S4。此时，SiC MOSFET仍处于关断状态。此模态中，辅助电感预充电状态加快了SiC MOSFET的开通速度，减小了开通损耗。
[0023]模态3[t2,t3]：t2时刻，S4关断，C
iss
开始充电，储存在L
r
上的能量开始向C
iss
中转移。SiCMOSFET的门极电压V
GS
由V
EE
变成V
CC
，SiC MOSFET由关断变成开通状态。
[0024]模态4[t3,t4]：t3时刻，S1关断，此模态下的电流通路为V
EE
‑
S2(反并联二极管)
‑
L
r
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐振无损驱动电路结构，其特征在于，包括四个辅助开关管S1、S2、S3、S4、谐振电感L
r
、一个正电压源VCC和一个负电源VEE，所述辅助开关管S1和辅助开关管S2相互串联，所述辅助开关管S3和辅助开关管S3相互串联，串联后的辅助开关管S1、S2与串联后的辅助开关管S3、S4相互并联，所述谐振电感L
r
的一端连接于辅助开关管S1和辅助开关管S2之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王议锋，赵丹枫，马小勇，陈博，陈晨，陶珑，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：