CN105305787B - 用于碳化硅mosfet逆变器的驱动器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，包括：驱动板，驱动板用于将外部信号产生单元产生的脉冲信号进行放大以得到驱动信号；一个或多个门极PCB板，其中一个或多个并行连接的碳化硅MOSFET中的每个分别通过一个对应的门极PCB板直接连接至驱动板，以使驱动信号以一个或多个门极PCB板为媒介传输至一个或多个碳化硅MOSFET。通过采用门极PCB板作为传输途径，保持脉冲驱动信号在传输过程中的波形稳定性，降低杂散参数的干扰，提高抗干扰性能，从而解决高频高压条件下碳化硅MOSFET的驱动问题。

Description

用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件

技术领域

本发明涉及半导体器件的设计，尤其涉及一种用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件。

背景技术

碳化硅(SiC)器件作为近几年出现的新型功率器件，在高温、高频等方面有着不同于传统硅材料的优势。因而，这种新材料受到广泛的研究，并在工业冶金、医疗、交通、航空航天等方面有着广泛的应用。

碳化硅MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)可以在800KHz以上的高频率下工作，通过多个碳化硅MOSFET的并联，可组成大功率高频逆变器。硅MOSFET同碳化硅MOSFET相比，开关损耗和导通损耗大，耐压低，在800KHz以上应用，所需驱动功率大，尤其是器件并联工作时对驱动和保护的要求很高；而碳化硅MOSFET所需驱动功率小，损耗小，更加适合高频条件下并联工作，可提高逆变器的工作效率。

但是碳化硅MOSFET的驱动技术目前还不够成熟，尤其需要可驱动多个碳化硅MOSFET的并联型驱动器，以解决高频高压条件下碳化硅MOSFET的驱动和保护问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以用于高频高压条件下、抗干扰性能好、保证驱动信号稳定传输的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件。

根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，包括：驱动板，所述驱动板用于将外部信号产生单元产生的脉冲信号进行放大以得到驱动信号；一个或多个门极PCB板，其中一个或多个并行连接的碳化硅MOSFET中的每个分别通过一个对应的门极PCB板直接连接至所述驱动板，以使所述驱动信号以所述一个或多个门极PCB板为媒介传输至所述一个或多个碳化硅MOSFET。

根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，通过采用门极PCB板作为传输途径，保持脉冲驱动信号在传输过程中的波形稳定性，降低杂散参数的干扰，提高抗干扰性能，保证脉冲驱动信号的稳定传输，从而解决高频高压条件下碳化硅MOSFET的驱动问题。

另外，根据本发明上述实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，还可以具有如下附加的技术特征：

在一些实施例中，在每个所述门极PCB板上接近所述碳化硅MOSFET处设置有门极电阻。通过设置门极电阻，可以防止高频率时门极信号震荡，并且可以调节器件的开关速度，从而减小开关电压的峰值。另外，将门极电阻设置在距离碳化硅MOSFET较近的位置，离散参数小。

在一些实施例中，用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件还包括：隔离单元，所述隔离单元连接在所述外部信号产生单元与所述驱动板之间，用于将所述脉冲信号传输至所述驱动板。

在一些实施例中，所述隔离单元为PCB变压器隔离芯片。传统的采用脉冲变压器作为信号产生单元和驱动板之间的隔离器件，由于脉冲变压器存在漏感和杂散参数不一致的问题，从而导致输出的波形延时不一致。而在本发明实施例中，采用PCB变压器隔离芯片作为信号产生单元和驱动板之间的隔离器件，在保证高电压隔离的同时，提高脉冲传输的一致性，可以将高频信号的传输延时控制在5ns之内。

在一些实施例中，所述驱动板包括：脉冲整形单元，所述脉冲整形单元与所述隔离单元连接，用于对所述隔离单元输出的脉冲信号进行脉冲整形；以及脉冲放大单元，所述脉冲放大单元连接在所述脉冲整形单元与所述一个或多个门极PCB板之间，用于对所述脉冲整形单元输出的脉冲信号进行放大以得到所述驱动信号。

在一些实施例中，所述驱动板还包括：保护单元，所述保护单元与所述脉冲整形单元连接，用于对所述脉冲信号及所述一个或多个碳化硅MOSFET提供脉冲正压保护、脉冲负压保护以及门极保护。通过提供保护单元，可以在脉冲驱动信号发生异常时，快速有效地保护碳化硅MOSFET，防止误动作，提高器件的可靠性。

在一些实施例中，所述隔离单元设置在所述驱动板上，可以节省空间。

在一些实施例中，所述每个门极PCB板的一端与一个对应的碳化硅MOSFET直接连接，另一端与所述驱动板直接连接。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件的电路原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例提供一种用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，用于驱动高频高压条件下并联工作的多个碳化硅MOSFET。图1为根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件的结构示意图。如图1所示，该用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件包括：驱动板100和门极PCB板200。驱动板100用于将外部信号产生单元产生的脉冲信号进行放大以得到驱动信号。门极PCB板200的数量与并联的碳化硅MOSFET的数量一致。图1所示为5个门极PCB板200分别与5只并联的碳化硅MOSFET 300直接连接，以使驱动板100产生的驱动信号以5个门极PCB板200为媒介分别传输至5个碳化硅MOSFET 300。具体地，如图1所示，每个门极PCB板200的上端与一个对应的碳化硅MOSFET 300直接连接，每个门极PCB板200的下端与驱动板100直接连接。

由于碳化硅MOSFET的门极电容小，所需驱动功率小，但是门极脉冲信号在传输过程中极易受杂散参数的干扰而导致波形不稳定。根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，通过设置单独的门极PCB板作为传输脉冲驱动信号的途径，保持脉冲驱动信号在传输过程中的波形稳定性，降低杂散参数的干扰，提高抗干扰性能，保证脉冲驱动信号的稳定传输，从而解决高频高压条件下碳化硅MOSFET的驱动问题。

在一个实施例中，在每个门极PCB板200上接近碳化硅MOSFET 300处设置有门极电阻202。通过设置门极电阻，可以防止高频率时门极信号震荡，并且可以调节器件的开关速度，从而减小开关电压的峰值。另外，将门极电阻202设置在距离碳化硅MOSFET 300较近的位置，离散参数小。

图2是根据本发明实施例的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件的电路原理框图。如图2所示，外部信号产生单元(未示出)产生的脉冲信号经过驱动板100的放大得到驱动信号传输至各个门极PCB板(即图2中的门极板1至5)。

在本实施例中，外部信号产生单元与驱动板100之间设置有隔离单元102。用于将脉冲信号传输至驱动板100。具体地，隔离单元可以为PCB变压器隔离芯片102。传统的采用脉冲变压器作为信号产生单元和驱动板之间的隔离器件，由于脉冲变压器存在漏感和杂散参数不一致的问题，从而导致输出的波形延时不一致。而在本发明实施例中，采用PCB变压器隔离芯片作为信号产生单元和驱动板之间的隔离器件，在保证高电压隔离的同时，提高脉冲传输的一致性，可以将高频信号(例如800KHz以上的高频信号)的传输延时控制在5ns之内。

在本实施例中，驱动板100可以包括：脉冲整形单元104和脉冲放大单元106。脉冲整形单元104与隔离单元102(如PCB变压器隔离芯片102)连接，用于对隔离单元102输出的脉冲信号进行脉冲整形；脉冲放大单元106连接在脉冲整形单元104与5个门极PCB板之间，用于对脉冲整形单元104输出的脉冲信号进行放大以得到驱动信号。

在本实施例中，驱动板100还可以包括保护单元108。保护单元108与脉冲整形单元104连接，用于对脉冲信号及5个碳化硅MOSFET提供脉冲正压保护、脉冲负压保护以及门极保护。碳化硅MOSFET驱动脉冲的幅值通常为+18V和-4V，当器件发生故障，如过电压击穿或过电流烧毁，都会使驱动脉冲的正负电压出现异常，并且碳化硅MOSFET的栅极可能与源极短路。通过提供保护单元，可以在脉冲驱动信号发生异常时，快速有效地保护碳化硅MOSFET，防止误动作，提高器件的可靠性。

优选地，隔离单元102可以设置在驱动板100上，以节省空间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，其特征在于，包括：

隔离单元，驱动板；所述隔离单元为PCB变压器隔离芯片，连接在外部信号产生单元与所述驱动板之间，用于将脉冲信号传输至所述驱动板；

所述驱动板用于将所述外部信号产生单元产生的所述脉冲信号进行放大以 得到驱动信号；

一个或多个门极PCB板，其中一个或多个并行连接的碳化硅MOSFET中的每个碳化硅MOSFET分别通过所述一个对应的门极PCB板直接连接至所述驱动板，以使所述驱动信号以所述一个或多个门极PCB板为媒介传输至所述一个或多个碳化硅MOSFET，在每个所述门极PCB板上接近所述碳化硅MOSFET处设置有门极电阻。

2.根据权利要求1所述的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，其特征在于，所述驱动板包括：

脉冲整形单元，所述脉冲整形单元与所述隔离单元连接，用于对所述隔离 单元输出的脉冲信号进行脉冲整形；以及

脉冲放大单元，所述脉冲放大单元连接在所述脉冲整形单元与所述一个或 多个门极PCB板之间，用于对所述脉冲整形单元输出的脉冲信号进行放大以 得到所述驱动信号。

3.根据权利要求2所述的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，其特征在于，所述驱动板还包括：

保护单元，所述保护单元与所述脉冲整形单元连接，用于对所述脉冲信号 及所述一个或多个碳化硅MOSFET提供脉冲正压保护、脉冲负压保护以及门极保护。

4.根据权利要求1所述的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，其特征在于，所述隔离单元设置在所述驱动板上。

5.根据权利要求1所述的用于碳化硅MOSFET逆变器的驱动器件，其特征在于，所述每个门极PCB板的一端与一个对应的碳化硅MOSFET直接连接，另一端与所述驱动板直接连接。