【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子，涉及sic mosfet器件应用电路设计，特别涉及一种用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路。
技术介绍
1、在现代电力电子技术中，sic mosfet由于通态压降低、开关速度快等优点被广泛应用。但是由于更小的芯片尺寸和更高的电流密度，与si器件相比，sic mosfet往往具有更低的短路耐受时间。当功率器件承受短路工况时，器件内部流过大电压和饱和电流，会导致器件在短时间内温度急剧上升，可能会导致器件退化甚至失效。因而，sic mosfet的保护电路和驱动电路的设计尤为重要。
2、现有的驱动电路，大多数在驱动芯片上集成了退饱和检测电路，它是根据检测器件漏源极电压的变化来判断器件的工作状态。但是这种短路保护方法依赖输出特性，需要设置盲区时间。
3、与此同时，大多数驱动兼用于igbt和sic mosfet，驱动电压难以很好地匹配sicmosfet。另外，由于sic mosfet的短路耐受时间短，在短路3～5μs后，器件会有很大的泄露电流，表明sic mosfet已经开始损坏。所以，如何检测到sic mosfet发生短路并及时做出反应是亟待解决的技术问题。也即，一个合格的驱动电路应满足：可以提供合适且稳定的驱动电压、可以提供足够高的隔离电压等级、可以检测器件发生短路的情况，并可以及时做出保护动作。
4、现有技术中，党子越等发表的论文“碳化硅器件的短路保护：设计准则和电路”公开了去饱和保护电路中的关键参数，并在此基础上提出了一种高速、低传输延时的短路保护电路。
5、总结而言，现有针对sic mosfet的短路保护技术主要存在短路检测方式单一、驱动缺乏关断电路设计以及驱动电压单一，且因不同器件需要的驱动正压和负压各不相同而难以适用不同器件等问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，第一目的希望在驱动电压可调的同时，能够对短路快速检测，第二目的在于实现对器件的三步关断，从而有效地保护器件。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，包括可调电压模块、驱动电路模块和保护电路模块；
4、所述可调电压模块，基于dc-dc芯片、稳压芯片和变阻器，输出范围可调的正负电压；
5、所述驱动电路模块包括驱动芯片、二极管d3、二极管d4以及两个变阻器，二极管d3和二极管d4分别与一个变阻器串联实现可调节的开通和关断电阻，两个串联结构并联且在并联结构中二极管d3与二极管d4的极性相反，并联结构连接驱动芯片的输出与sic功率mosfet器件的栅极，所述正负电压供给至驱动芯片，实现可调节的器件栅极开通和关断电压；
6、所述保护电路模块包括退保和检测及栅压关断电路，当所述sic功率mosfet器件短路时，将栅极电压拉低至驱动负压实现器件关断。
7、在一个实施例中，所述可调电压模块，dc-dc芯片包括rp-1512d和rp-1509s，均给予15v供电，rp-1512d的-vout输出端与rp-1509s的+vout输出端分别接参考地电位source，则在rp-1512d的+vout产生+24v电压，搭配稳压芯片通过变阻器对+24v电压实现1.5v至24v的可调节正电压输出；在rp-1509s的-vout端产生-9v电压，搭配稳压芯片通过变阻器对-9v电压实现-1.5v至-9v的可调节负电压输出。
8、在一个实施例中，所述驱动电路模块，在器件栅源之间并联电阻r5、电容c12和电容c13，从而抑制栅源极电压的振荡现象，其中电阻r5的阻值使得其中几乎没有电流通过。
9、在一个实施例中，所述驱动电路模块，在器件栅源之间串联极性相反的瞬态抑制二极管d5和瞬态抑制二极管d6，瞬态抑制二极管d5阴极接器件栅极，将正向电压限制在26v以内，瞬态抑制二极管d6阴极接器件源极，将负向电压限制在-10v以内，避免器件被击穿。
10、在一个实施例中，所述保护电路模块采用三步短路保护电路，包括dv/dt短路检测电路、di/dt短路检测电路、栅压钳位电路以及所述退保和检测及栅压关断电路；
11、所述dv/dt短路检测电路包括漏源电压检测电路和第一比较器，所述第一比较器用于比较所述漏源电压检测电路检测的漏源电压与参考电压vref1，其中参考电压vref1设置为大于器件正常导通状态下的漏源电压，小于短路状态下漏源电压的最小值；
12、所述di/dt短路检测电路包括源极瞬态电流检测电路和第二比较器，所述第二比较器用于比较所述源极瞬态电流检测电路检测得到的电压与参考电压vref2，其中参考电压vref2设置为小于器件短路状态下的源极瞬态检测电压值，大于器件正常导通状态下的源极瞬态检测电压值；
13、所述栅压钳位电路包括第一钳位单元和第二钳位单元，在所述dv/dt短路检测电路和所述di/dt短路检测电路均判断发生短路时，所述第一钳位单元先驱动栅源电压钳位在第一固定值，所述第二钳位单元再驱动栅源电压钳位在第二固定值，实现对栅源电压的两步钳位，其中所述第二固定值小于所述第一固定值；
14、所述退保和检测及栅压关断电路，在所述两步钳位后，对器件最终关断。
15、在一个实施例中，所述漏源电压检测电路包括连接在漏源之间的rc电路，所述第一比较器的输入连接在rc之间，其输出连接与门的一个输入；
16、所述源极瞬态电流检测电路包括与器件源极电感并联的rc电路，所述第二比较器的输入连接在rc之间，其输出连接rs锁存器的set端；器件栅极通过一个反相器连接所述rs锁存器的reset端，所述rs锁存器的q端接所述与门的另一个输入；
17、当所述dv/dt短路检测电路检测到短路状态，所述第一比较器输出高电平，当所述di/dt短路检测电路检测到短路状态，所述第二比较器输出高电平，当所述与门输出高电平时，即判断器件发生短路。
18、在一个实施例中，所述第一钳位单元连接在第二钳位单元与器件栅极之间，包括第一延时电路、第一开关管sw3和第一钳位电路，当所述dv/dt短路检测电路和所述di/dt短路检测电路均判断器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，包括可调电压模块、驱动电路模块和保护电路模块；
2.根据权利要求1所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述可调电压模块，DC-DC芯片包括RP-1512D和RP-1509S，均给予15V供电，RP-1512D的-VOUT输出端与RP-1509S的+VOUT输出端分别接参考地电位SOURCE，则在RP-1512D的+VOUT产生+24V电压，搭配稳压芯片通过变阻器对+24V电压实现1.5V至24V的可调节正电压输出；在RP-1509S的-VOUT端产生-9V电压，搭配稳压芯片通过变阻器对-9V电压实现-1.5V至-9V的可调节负电压输出。
3.根据权利要求1所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述驱动电路模块，在器件栅源之间并联电阻R5、电容C12和电容C13，从而抑制栅源极电压的振荡现象，其中电阻R5的阻值使得其中几乎没有电流通过。
4.根据权利要求1或3所述用于SiC功率MOSFET器件栅压
5.根据权利要求1所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述保护电路模块采用三步短路保护电路，包括dv/dt短路检测电路、di/dt短路检测电路、栅压钳位电路以及所述退保和检测及栅压关断电路；
6.根据权利要求5所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述漏源电压检测电路包括连接在漏源之间的RC电路，所述第一比较器的输入连接在RC之间，其输出连接与门的一个输入；
7.根据权利要求5或6所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述第一钳位单元连接在第二钳位单元与器件栅极之间，包括第一延时电路、第一开关管SW3和第一钳位电路，当所述dv/dt短路检测电路和所述di/dt短路检测电路均判断器件发生短路时，判断信号通过第一延时电路控制第一开关管SW3导通，驱动栅源电压通过第一钳位电路钳位在第一固定值；
8.根据权利要求7所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述第一延时电路包括电阻R12和电容C21，电阻R12接在判断信号与第一开关管SW3的控制端之间，电容C21接在第一开关管SW3的控制端与VSS之间，所述第一钳位电路包括并联的钳位二极管D8和电容C23，连接在第一开关管SW3的输出端与器件栅极之间；
9.根据权利要求1或5所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述退保和检测及栅压关断电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C17、二极管D7、第三延时电路、第三比较器和第三开关管SW1；二极管D7的阴极结接器件漏极，阳极通过电阻R7接第三比较器的输入，电阻R6接在第三比较器的输入和器件栅极之间，电阻R8和电容C17并联接在第三比较器的输入和器件源极之间，第三比较器比较经电阻R8分压后的栅极电压与参考电压VREF3，其输出信号通过所述第三延时电路控制第三开关管SW1的导通，第三开关管SW1的输出控制将栅极电压拉低至驱动负压VSS实现器件关断。
10.根据权利要求9所述用于SiC功率MOSFET器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述第三延时电路包括电阻R9和电容C19，电阻R9接在所述第三比较器的输出端与第三开关管SW1的控制端之间，电容C19接在第三开关管SW1的控制端与VSS之间。
...【技术特征摘要】
1.一种用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，包括可调电压模块、驱动电路模块和保护电路模块；
2.根据权利要求1所述用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述可调电压模块，dc-dc芯片包括rp-1512d和rp-1509s，均给予15v供电，rp-1512d的-vout输出端与rp-1509s的+vout输出端分别接参考地电位source，则在rp-1512d的+vout产生+24v电压，搭配稳压芯片通过变阻器对+24v电压实现1.5v至24v的可调节正电压输出；在rp-1509s的-vout端产生-9v电压，搭配稳压芯片通过变阻器对-9v电压实现-1.5v至-9v的可调节负电压输出。
3.根据权利要求1所述用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述驱动电路模块，在器件栅源之间并联电阻r5、电容c12和电容c13，从而抑制栅源极电压的振荡现象，其中电阻r5的阻值使得其中几乎没有电流通过。
4.根据权利要求1或3所述用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述驱动电路模块，在器件栅源之间串联极性相反的瞬态抑制二极管d5和瞬态抑制二极管d6，瞬态抑制二极管d5阴极接器件栅极，将正向电压限制在26v以内，瞬态抑制二极管d6阴极接器件源极，将负向电压限制在-10v以内，避免器件被击穿。
5.根据权利要求1所述用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述保护电路模块采用三步短路保护电路，包括dv/dt短路检测电路、di/dt短路检测电路、栅压钳位电路以及所述退保和检测及栅压关断电路；
6.根据权利要求5所述用于sic功率mosfet器件栅压可调的短路保护驱动电路，其特征在于，所述漏源电压检测电路包括连接在漏源之间的rc电路，所述第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚朋，刘莉，师毅恒，曾凯，郭靖祺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。