一种碳化硅MOSFET管短路检测电路及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种碳化硅MOSFET管短路检测电路及装置，其中所述检测电路包括：碳化硅MOSFET管；第一类短路检测单元，所述第一类短路检测单元与所述碳化硅MOSFET管的第一电极连接，用于基于漏极电流输出第一故障信号；第二类短路检测单元，所述第二类短路检测单元与所述碳化硅MOSFET管的栅极连接，用于基于栅极电压输出第二故障信号；和逻辑信号处理单元，根据所述第一故障信号和所述第二故障信号输出控制信号，控制所述碳化硅MOSFET管关断。本发明专利技术采用栅检测和电流检测结合的方法，不需要采用积分电路，检测速度快，可以囊括多种短路的模式，从而保证检测结果更准确。从而保证检测结果更准确。从而保证检测结果更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅MOSFET管短路检测电路及装置


[0001]本专利技术涉及电路设计领域，具体涉及一种碳化硅MOSFET管短路检测电路及装置。

技术介绍

[0002]近些年来，电子设备的发展趋势是追求更高的功率密度和尝试在更高温度的环境下工作，以此适应各种新兴场合的需要，如电动汽车、光伏逆变、风力发电和不间断电源等领域。得益于材料科学和生产工艺的进步，碳化硅(Silicon Carbide,SiC)金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管(Metal
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Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor,MOSFET)在工业界开始得到应用。相比于传统的硅基器件，碳化硅MOSFET有着诸多优势，如高击穿场强、高热导率和高禁带宽度等。因此，以碳化硅MOSFET为典型代表的各类宽禁带半导体器件在未来必将逐渐取代各类硅基器件。
[0003]然而碳化硅MOSFET较高的开关速度与较弱的短路承受能力对短路保护技术带来了新的挑战。短路故障是导致碳化硅MOSFET失效的重要原因之一，严重阻碍其应用。按照短路发生时刻，可以将短路故障分为硬开关故障(Hard Switching Fault,HSF)与负载故障(Fault Under Load,FUL)两类。不论是HSF还是FUL发生时，碳化硅MOSFET都承受着巨大的短路能量。由于碳化硅MOSFET芯片面积较小、电流密度较大，巨大的能量可能会在短时间内烧毁碳化硅MOSFET。/>
技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种碳化硅MOSFET管短路检测电路及装置，目的在于，采用栅检测和电流检测结合的方法，对两种类型的短路故障进行检测，提高检测速度，增加检测结果的准确性。
[0005]为达上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种碳化硅MOSFET管短路检测电路，包括：碳化硅MOSFET管；第一类短路检测单元，所述第一类短路检测单元与所述碳化硅MOSFET管的第一电极连接，用于基于漏极电流输出第一故障信号；第二类短路检测单元，所述第二类短路检测单元与所述碳化硅MOSFET管的栅极连接，用于基于栅极电压输出第二故障信号；逻辑信号处理单元，根据所述第一故障信号和所述第二故障信号输出控制信号，控制所述碳化硅MOSFET管关断。
[0007]进一步的，所述第一类短路检测单元包括第一电流镜单元和分压子单元，所述第一电流镜单元的第一输入端与所述碳化硅MOSFET管的第一电极连接，所述第一电流镜单元的第二输入端与所述分压子单元连接。
[0008]进一步的，所述第一类短路检测单元还包括与所述第一电流镜单元级联的第二电流镜单元。
[0009]进一步的，所述分压子单元包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，所述分压子单元的一端连接电源电压，所述分压子单元的另一端接地。
[0010]进一步的，所述碳化硅MOSFET管短路检测电路还包括反相器，所述第一类短路检
测单元通过所述反相器与所述逻辑信号处理单元连接。
[0011]进一步的，所述第二类短路检测单元包括第一比较器，所述第一比较器的正相输入端与所述碳化硅MOSFET管的栅极连接，所述第一比较器的反相输入端与第一参考电压V
ref_FUL
输入端连接。
[0012]进一步的，所述逻辑信号处理单元包括或门，所述或门的第一输入端与所述第一类短路检测单元的输出端连接，所述或门的第二输入端与所述第二类短路检测单元的输出端连接。
[0013]进一步的，还包括栅极控制单元，所述或门的输出端与所述碳化硅MOSFET管的栅极之间通过所述栅极控制单元连接。
[0014]进一步的，所述栅极控制单元与所述碳化硅MOSFET管的栅极之间还设有外部栅极电阻R3。
[0015]本申请还提供了一种电子设备，包括如上所述的碳化硅MOSFET管短路检测电路。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术基于碳化硅MOSFET在短路时的电压/电流特性，采用栅检测和电流检测结合的方法，同时对两种类型的短路故障进行检测，提高检测速度，增加检测结果的准确性。
[0018]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1示出了本专利技术实施例中碳化硅MOSFET短路等效电路图；
[0021]图2示出了本专利技术实施例中短路暂态过程中的4个阶段；
[0022]图3示出了本专利技术实施例中碳化硅MOSFET管短路检测电路示意图；
[0023]图4示出了本专利技术实施例中第一类短路检测单元的电路图；
[0024]图5示出了本专利技术实施例中第二类短路检测单元工作时序图；
[0025]图6示出了本专利技术实施例中第二类短路检测单元的电路图；
[0026]图7示出了本专利技术实施例中逻辑信号处理单元的电路图；
[0027]图8示出了本专利技术实施例中栅极控制单元的电路示意图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]图1示出了本专利技术实施例中碳化硅MOSFET短路等效电路图。如图1所示，Vgg是栅极
电压源，用于控制脉冲持续时间和关闭MOSFET，R
g
是外部栅极电阻，L
s
是共源电感，R
DS
是高侧MOSFET在其线性区域工作时的导通电阻。L
loop
和L
g
分别为功率回路和栅极回路的寄生电感，C
gd
、C
gs
和C
ds
为低侧MOSFET电极间的寄生电容。在正常运行时，负载电流流过上部器件，碳化硅MOSFET处于关断状态，直流电压几乎全部加到碳化硅MOSFET上，图2示出了本专利技术实施例中短路暂态过程中的4个阶段。
[0030]如图2所示，在第一阶段S1过程中，栅电流i
g
开始对碳化硅MOSFET的输入电容C
iss
充电，其中C
iss
＝C
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET管短路检测电路，其特征在于，包括：碳化硅MOSFET管；第一类短路检测单元，所述第一类短路检测单元与所述碳化硅MOSFET管的第一电极连接，用于基于漏极电流输出第一故障信号；第二类短路检测单元，所述第二类短路检测单元与所述碳化硅MOSFET管的栅极连接，用于基于栅极电压输出第二故障信号；逻辑信号处理单元，根据所述第一故障信号和所述第二故障信号输出控制信号，控制所述碳化硅MOSFET管关断。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET管短路检测电路，其特征在于，所述第一类短路检测单元包括第一电流镜单元和分压子单元，所述第一电流镜单元的第一输入端与所述碳化硅MOSFET管的第一电极连接，所述第一电流镜单元的第二输入端与所述分压子单元连接。3.根据权利要求2所述的一种碳化硅MOSFET管短路检测电路，其特征在于，所述第一类短路检测单元还包括与所述第一电流镜单元级联的第二电流镜单元。4.根据权利要求2所述的一种碳化硅MOSFET管短路检测电路，其特征在于，所述分压子单元包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，所述分压子单元的一端连接电源电压，所述分压子单元的另一端接地。5.根据权利要求1所述的一种碳化硅MOSFET管短路检...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，黄汇钦，
申请(专利权)人：天狼芯半导体成都有限公司，
类型：发明
国别省市：