一种电压和电阻可变的栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电压和电阻可变的栅极驱动电路，包括：主控单元、可变电压单元、驱动单元以及可变电阻单元，其中，主控单元通过上位机给定相应的信号，分别对之后的各个单元进行控制；可变电压单元由一个Buck电路和一个Cuk电路组成；驱动单元由信号隔离芯片以及图腾柱电路构成；可变电阻单元由二极管和若干个栅极电阻以及开关组成。本发明专利技术能满足功率半导体器件在进行导通或关断时不同的电压和电阻的参数要求，通过主控单元对器件开关过程进行逐周期主动调节，使所设计的栅极驱动可以满足大部分的半导体功率器件工作时的参数要求，也可以抑制高速开关所带来的噪声以及改善并联器件中寄生参数不均带来的电流分布不均。器件中寄生参数不均带来的电流分布不均。器件中寄生参数不均带来的电流分布不均。

【技术实现步骤摘要】
一种电压和电阻可变的栅极驱动电路


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件驱动设计领域，具体的说是一种电压和电阻可变的栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]随着大功率应用以及高精度设备的普及，传统的半导体功率器件的驱动电路其自身的局限性较大，所设计的一套驱动电路只适用于所对应的几个或者几种SiC MOSFET或 Si IGBT器件，当器件出现更新的时候，相对应的一些电路参数如驱动电压或栅极电阻可能需要改变，传统的方法可能需要重新设计驱动电路并重新制作PCB电路板。功率半导体模块通常造价高，不良的驱动电路可能会损坏其内部，且重复设计驱动电路浪费了大量的时间，重复制作PCB电路板也造成了浪费。因此，需要研究一种通用的驱动电路的模板，使其大量适用于各类的SiC MOSFET或Si IGBT单管和模块，希望通过几个简单信号转换，就可以实现在同一块PCB电路板上得到所需的驱动电路参数，这样可以避免资源的浪费，同时也节省了时间和人力。为了满足功率半导体器件在中大功率场合的应用要求，需要将功率器件进行并联以提高电流能力，然而器件并联时通常由于各功率回路中的寄生参数不一致，导致电流分布不均。通常分为通态电阻不一致导致的稳态电流不均，以及开关过程斜率不一致导致的暂态电流不均。如需要使电流完全一致，需进行稳态和暂态电流不均的全补偿，但在以往的条件下很难保证并联器件的均流全补偿。
[0003]另外，宽禁带器件高速开关暂态具有以下的局限性：
[0004]1、开关暂态很容易产生过电压、过电流的现象，在开通过程中较大结电容使得开通过程仍存在较大的电流超调，很容易高于器件的额定工作值，造成器件的失效。
[0005]2、EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)是由于半导体功率器件高频的开关速度所产生，复杂的寄生参数网络为干扰信号提供了各种传输的路径。
[0006]3、串扰问题也是比较常见的问题，半桥电路中点电位的快速变化通过与结电容会形成位移电流，再与回路寄生电感与栅极驱动电阻相作用，形成电压超调可能会导致器件的误导通，造成器件的损坏。

技术实现思路

[0007]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种电压和电阻可变的栅极驱动电路，以期能满足电压和电阻的灵活调节，同时能有效地抑制高速开关dv/dt所带来的噪声，以及器件在并联条件下，实现对并联器件均流全补偿，从而使稳态及暂态过程都实现均流，并且工作在有源驱动模式下，能实现对开关器件性能的优化。
[0008]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0009]本专利技术一种电压和电阻可变的栅极驱动电路的特点在于，包括：主控单元、可变电压单元、驱动单元以及可变电阻单元；
[0010]所述可变电压单元由可变开通电压电路和可变关断电压电路组成；
[0011]所述可变开通电压电路由直流电压源Vdc+、金属
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氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET1、二极管D1、电感L1、电容C1、电阻Ron和电压调节信号组成；
[0012]所述直流电压源Vdc+的负极端接地、正极端分别所述与二极管D1、所述电容C1 和所述电阻Ron并联；
[0013]在所述直流电压源Vdc+与所述二极管D1的并联环路中串联有金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1，且二极管D1的阳极接地，金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET1的源极与二极管D1的阴极相连，金属
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氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET1的漏极与所述直流电压源Vdc+的正极端相连，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1的栅极用于接收主控单元发送的电压调节信号；在所述二极管D1和所述电容C1的并联环路中串联有电感L1，从而构成一个Buck变换器电路，以电阻Ron 的两端为输出侧，通过b点与驱动单元连接；
[0014]所述可变关断电压电路由直流电压源Vdc
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、金属
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氧化物半导体场效应晶体管 MOSFET2、二极管D2、电感L2、电感L3、电容C2、电容C3、电阻Roff和电压调节信号组成；
[0015]所述直流电压源Vdc
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的负极端接地、正极端分别与所述金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2、所述二极管D2、所述电容C3、所述电阻Roff并联；
[0016]在所述直流电压源Vdc
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与所述金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的并联环路中串联有电感L2，且金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的源极接地，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的漏极与电感L2连接，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的栅极用于接收主控单元发送的电压调节信号；在所述二极管 D2和所述金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的并联环路中串联有电容C2，且二极管D2的阳极与电容C2连接，二极管D2的阴极接地；在所述二极管D2和所述电容C3的并联环路中串联有电感L3，从而构成一个Cuk变换器电路，以电阻Roff的两端作为输出端，通过c点与所述驱动单元连接；
[0017]所述驱动单元由信号隔离芯片和图腾柱电路组成；
[0018]所述信号隔离芯片由外部驱动IC芯片组成；
[0019]所述图腾柱电路由两个金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET及其对应的跟随器和反相器组成，两个金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET分别为P型和N型；
[0020]所述P型MOSFET管的漏极与可变开通电压电路的输出侧b点连接，P型 MOSFET管的栅极通过所述跟随器接收主控单元发送的栅极信号，P型MOSFET管的源极与N型MOSFET管的漏极相连，且P型MOSFET管的源极与N型MOSFET管的漏极之间设置有a点；
[0021]所述N型MOSFET管的源极与可变关断电压电路的输出侧c点连接；N型 MOSFET管的栅极通过所述反相器接收主控单元发送的栅极信号；
[0022]所述可变电阻单元由二极管D3、二极管D4以及并联的多个开关电路组成，每个开关电路由电阻和开关串联而成，并由所述主控单元通过对开关的控制来调节电阻值；
[0023]所述二极管D3的阳极与二极管D4的阳极串联，且二极管D3的阳极与二极管D4 的阳极之间的d点与所述a点相连；所述二极管D3、二极管D4的阴极均与多个开关电路中的电阻并联；
[0024]以多个开关电路中的开关侧e点作为可变电阻单元的输出，并与外围电路连接。
[0025]本专利技术所述的电压和电阻可变的栅极驱动电路的特点也在于，所述可变电压单元
中的可变开通电压电路为Buck变换器电路；
[0026]当金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压和电阻可变的栅极驱动电路，其特征在于，包括：主控单元、可变电压单元、驱动单元以及可变电阻单元；所述可变电压单元由可变开通电压电路和可变关断电压电路组成；所述可变开通电压电路由直流电压源Vdc+、金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1、二极管D1、电感L1、电容C1、电阻Ron和电压调节信号组成；所述直流电压源Vdc+的负极端接地、正极端分别所述与二极管D1、所述电容C1和所述电阻Ron并联；在所述直流电压源Vdc+与所述二极管D1的并联环路中串联有金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1，且二极管D1的阳极接地，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1的源极与二极管D1的阴极相连，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1的漏极与所述直流电压源Vdc+的正极端相连，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET1的栅极用于接收主控单元发送的电压调节信号；在所述二极管D1和所述电容C1的并联环路中串联有电感L1，从而构成一个Buck变换器电路，以电阻Ron的两端为输出侧，通过b点与驱动单元连接；所述可变关断电压电路由直流电压源Vdc
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、金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2、二极管D2、电感L2、电感L3、电容C2、电容C3、电阻Roff和电压调节信号组成；所述直流电压源Vdc
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的负极端接地、正极端分别与所述金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2、所述二极管D2、所述电容C3、所述电阻Roff并联；在所述直流电压源Vdc
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与所述金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的并联环路中串联有电感L2，且金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的源极接地，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的漏极与电感L2连接，金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的栅极用于接收主控单元发送的电压调节信号；在所述二极管D2和所述金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET2的并联环路中串联有电容C2，且二极管D2的阳极与电容C2连接，二极管D2的阴极接地；在所述二极管D2和所述电容C3的并联环路中串联有电感L3，从而构成一个Cuk变换器电路，以电阻Roff的两端作为输出端，通过c点与所述驱动单元连接；所述驱动单元由信号隔离芯片和图腾柱电路组成；所述信号隔离芯片由外部驱动IC芯片组成；所述图腾柱电路由两个金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET及其对应的跟随器和反相器组成，两个金属
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氧化物半导体场效应晶体管MOSFET分别为P型和N型；所述P型MOSFET管的漏极与可变开通电压电路的输出侧b...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爽，于浪浪，李贺龙，王佳宁，杨之青，丁立健，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：