CN111555596A - 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路 - Google Patents

一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路 Download PDF

Info

Publication number
CN111555596A
CN111555596A CN202010345988.0A CN202010345988A CN111555596A CN 111555596 A CN111555596 A CN 111555596A CN 202010345988 A CN202010345988 A CN 202010345988A CN 111555596 A CN111555596 A CN 111555596A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistor
capacitor
voltage
diode
mos tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010345988.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111555596B (zh
Inventor
杭丽君
李国文
童安平
曾庆威
何远彬
沈磊
张尧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202010345988.0A priority Critical patent/CN111555596B/zh
Publication of CN111555596A publication Critical patent/CN111555596A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111555596B publication Critical patent/CN111555596B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0038—Circuits or arrangements for suppressing, e.g. by masking incorrect turn-on or turn-off signals, e.g. due to current spikes in current mode control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本发明公开了一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，第一电容与第一稳压管并联后的前端与前级的图腾柱信号放大电路T1，T2输出端连接，第一电容与第一稳压管的后端与第一二极管的正极、第二电阻、第三电阻的前端和第一n‑mos管的源极连接，第一二极管的负极通过第二电容、第一电阻的并联电路与接地端、第四电阻的后端连接，第二电阻的后端与第二二极管的负极连接，第一n‑mos管的漏极与第二n‑mos管的漏极连接，第一n‑mos管和第二n‑mos管的栅极通过第四电阻与接地端连接，第二二极管的正极、第三电阻的后端、第二n‑mos管的源极与第五电阻的前端、SiC MOSFET的栅极连接，第五电阻的后端与接地端连接。

Description

一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路
技术领域
本发明属于电力电子驱动技术领域，具体涉及一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路。
背景技术
SiC材料在场强，能隙，热导率等方面有着数倍于传统的Si材料的性能。这使得第三代宽禁带半导体SiC器件更适用于高压，高温，高频的工作场合，满足了变换器高效率的发展需求，成为未来大功率变换器的最佳选择。相比于传统大功率Si MOSFET，SiC MOSFET更耐高压的同时又有着Si IGBT所不具备的高开关速度，非常适于高压高频高温场合下的应用。
随着开关频率，母线电压，开关速度的提高。桥臂电路中SiC MOSFET动作时，互补的MOSFET漏极电压，源极电流出现很大的dv/dt、di/dt。dv/dt作用在MOSFET的栅漏电容上产生串扰电流igd流入栅源电容，抬高或降低了栅极电势；di/dt作用在共源电感上，降低或抬高了源极电势。栅源极的电势的波动产生的正向尖峰容易超过阈值电压导致误导通，负向尖峰超过MOSFET可承受负压将导致MOSFET阈值电压Vth偏移，影响MOSFET工作寿命和工作效果。所以在SiC MOSFET桥式栅驱动电路中，应特别注意串扰现象带来的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，高速且具有串扰抑制能力，利用了负压驱动和密勒钳位的优势，有效抑制了串扰，在器件高速开通关断的同时，保证驱动电路能稳定正常工作。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第一稳压管Z1、第一二极管D1、第二二极管D2和第一n-mos管S1和第二n-mos管S2，第一电容C1与第一稳压管Z1并联后的前端与前级的图腾柱信号放大电路输出端连接，第一电容C1与第一稳压管Z1的后端与第一二极管D1的正极、第二电阻R2、第三电阻R3的前端和第一n-mos管S1的源极连接，第一二极管D1的负极通过第二电容C2、第一电阻R1的并联电路与接地端、第四电阻R4的后端连接，第二电阻R2的后端与第二二极管D2的负极连接，第一n-mos管S1的漏极与第二n-mos管S2的漏极连接，第一n-mos管S1和第二n-mos管S2的栅极通过第四电阻R4与接地端连接，第二二极管D2的正极、第三电阻R3的后端、第二n-mos管S2的源极与第五电阻R5的前端、SiC MOSFETQ1,，Q2的栅极连接，第五电阻R5的后端与接地端连接。
优选地，导通瞬态时，第一电容C1与第二电容C2构成分压电路，第一电容C1为SiCMOSFET提供正压驱动，导通稳态：第一稳压管Z1与驱动电源Vcc共同作用提供正压，通过配置C1、C2比值与Z1和Vcc取值加速导通过程。
优选地，关断期间通过无源器件第一稳压管Z1和第一电容C1的共同作用制造负压，从而无需额外的负压源，并加速了关断过程。
优选地，第一n-mos管S1、第二n-mos管S2构成的回路在SiC MOSFET关断时由于第一稳压管Z1和第一电容C1的共同作用制造的负压而打开，形成了一条低阻抗回路，为串扰电流igd提供旁路，抑制了串扰产生的电压尖峰。
优选地，为达到更好的串扰抑制效果，第一n-mos管S1、第二n-mos管S2选取20V，1A，低导通电阻的n-mosfet。
采用本发明具有如下的有益效果：利用无源器件制造可调负压，成本低，加速关断过程。结合负压驱动与密勒钳位有效抑制串扰，密勒钳位管由于关断期间的负压自然导通，无需主动控制，结构简单，提高了栅极驱动电路的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路的拓扑结构图；
图2为本发明实施例的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路的开通过程分析图；
图3为本发明实施例的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路的关断过程分析图；
图4为本发明实施例的电平移位示意图；
图5为本发明实施例的串扰抑制分析图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参照图1，所示为本发明实施例的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第一稳压管Z1、第一二极管D1、第二二极管D2和第一n-mos管S1和第二n-mos管S2，第一电容C1与第一稳压管Z1并联后的前端与前级的图腾柱信号放大电路输出端连接，第一电容C1与第一稳压管Z1的后端与第一二极管D1的正极、第二电阻R2、第三电阻R3的前端和第一n-mos管S1的源极连接，第一二极管D1的负极通过第二电容C2、第一电阻R1的并联电路与接地端、第四电阻R4的后端连接，第二电阻R2的后端与第二二极管D2的负极连接，第一n-mos管S1的漏极与第二n-mos管S2的漏极连接，第一n-mos管S1和第二n-mos管S2的栅极通过第四电阻R4与接地端连接，第二二极管D2的正极、第三电阻R3的后端、第二n-mos管S2的源极与第五电阻R5的前端、SiC MOSFET的栅极连接，第五电阻R5的后端与接地端连接。第一电容C1和第二电容C2取值应远大于SiC MOSFET Q1,，Q2的结电容Cgs，第一电阻为50千欧左右，第五电阻为10千欧左右。
进一步地，参考图2，电路的开通过程分析如下。
1)在导通瞬态，驱动信号输出高电平，图腾柱上管T1导通，二极管D1正偏，Vcc同时为C1,C2和Cgs充电。假设Vcc为理想电源且忽略T1导通压降，可解出vc1(t)为
Figure BDA0002470195280000041
因此，vc1(t)初值vc1(0)为
Figure BDA0002470195280000042
由于第一第二电容(C1、C2)远大于结电容Cgs，因此忽略Cgs的条件下vc1(0)为
Figure BDA0002470195280000043
2)在导通稳态，由于C1、C2的分压作用在C1建立起电势差，稳压管Z1开始工作，将C1两端电压vc1钳位至vz1，因此最终的栅极电压vgs为Vcc-vz1。综上，为了在导通过程中快速建立电平加速开通，电容C1、C2应远大于SiC MOSFET结电容且C1、C2关系应满足
Figure BDA0002470195280000044
关断过程分析如下，参见图3。
当驱动信号置低时，图腾柱上管T1关断，下管T2导通。二极管D1反向关断，D1、C2和R1构成的RCD回路从驱动回路断开。结电容Cgs并联于C1两端。若时间常数较大，则可忽略C1的放电，因此栅极电压vgs为-vz1。
在器件关断期间，二极管D1关断，D1、C2和R1构成的RCD回路从驱动回路断开，此时，高阻值电阻R1被用于轻微泄放电容C2存储的电荷。以防止不断累积在C2上的电荷导致vc2上的电压升高，进而影响到vgs的电压。因此第一电阻R1取值应为50千欧左右。
如图4所示，通过电平调理电路的最终栅极导通和关断电压分别降低了vz1。因此可以通过选择不同反向电压的稳压管Z1来获得所需的关断负压，通过调整电源Vcc和稳压管Z1来获得所需的导通电压。
参见图5，串扰抑制的分析如下：假设下管Q2处于关断稳态，此时S1，S2源极电压被钳位至-vz1，由于栅源极的电势差vz1驱动S1，S2导通。在上管Q1导通时刻，上管漏源极电压从母线电压快速下降至0，下管漏源极电压从0快速上升至母线电压，因此漏极产生一个极大的dv/dt，该dv/dt作用在Q2的结电容Cgd上则会产生串扰电流igd。igd流入结电容Cgs支路则会导致vgs升高，产生一个正向电压尖峰。而由于S1，S2的导通形成的低阻抗回路使得原本流入结电容Cgs的电流大部分转而流经此处。因此有效抑制了因串扰电流igd引起的vgs的电压尖峰。当上管关断时，原理与导通类似，在此不做详述。
应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims (5)

1.一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，其特征在于，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第一稳压管Z1、第一二极管D1、第二二极管D2和第一n-mos管S1和第二n-mos管S2，第一电容C1与第一稳压管Z1并联后的前端与前级的图腾柱信号放大电路T1、T2输出端连接，第一电容C1与第一稳压管Z1的后端与第一二极管D1的正极、第二电阻R2、第三电阻R3的前端和第一n-mos管S1的源极连接，第一二极管D1的负极通过第二电容C2、第一电阻R1的并联电路与接地端、第四电阻R4的后端连接，第二电阻R2的后端与第二二极管D2的负极连接，第一n-mos管S1的漏极与第二n-mos管S2的漏极连接，第一n-mos管S1和第二n-mos管S2的栅极通过第四电阻R4与接地端连接，第二二极管D2的正极、第三电阻R3的后端、第二n-mos管S2的源极与第五电阻R5的前端、SiC MOSFET Q1,，Q2的栅极连接，第五电阻R5的后端与接地端连接。
2.如权利要求1所述的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，其特征在于，导通瞬态时，第一电容C1与第二电容C2构成分压电路，第一电容C1为SiC MOSFET提供正压驱动，导通稳态：第一稳压管Z1与驱动电源Vcc共同作用提供正压，通过配置C1、C2比值与Z1和Vcc取值加速导通过程。
3.如权利要求1所述的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，其特征在于，关断期间通过无源器件第一稳压管Z1和第一电容C1的共同作用制造负压，从而无需额外的负压源，并加速了关断过程。
4.如权利要求1所述的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，其特征在于，第一n-mos管S1、第二n-mos管S2构成的回路在SiC MOSFET关断时由于第一稳压管Z1和第一电容C1的共同作用制造的负压而打开，形成了一条低阻抗回路，为串扰电流igd提供旁路，抑制了串扰产生的电压尖峰。
5.如权利要求1所述的具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路，其特征在于，为达到更好的串扰抑制效果，第一n-mos管S1、第二n-mos管S2选取20V，1A，低导通电阻的n-mosfet。
CN202010345988.0A 2020-04-27 2020-04-27 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路 Active CN111555596B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010345988.0A CN111555596B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010345988.0A CN111555596B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111555596A true CN111555596A (zh) 2020-08-18
CN111555596B CN111555596B (zh) 2021-05-07

Family

ID=72007824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010345988.0A Active CN111555596B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111555596B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113872420A (zh) * 2021-09-23 2021-12-31 上海电机学院 一种抑制SiC—MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动电路

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104883038A (zh) * 2015-06-15 2015-09-02 山东大学 一种应用负压关断半桥电路驱动器的半桥电路及其方法
JP5791758B1 (ja) * 2014-05-15 2015-10-07 三菱電機株式会社 ゲート駆動回路
US20160301351A1 (en) * 2014-01-22 2016-10-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Gate driving circuit, inverter circuit, and motor control device
CN107210737A (zh) * 2015-02-16 2017-09-26 爱信艾达株式会社 开关元件驱动电路
CN107342756A (zh) * 2017-08-16 2017-11-10 重庆大学 一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置
CN107769530A (zh) * 2017-11-29 2018-03-06 上海空间电源研究所 同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路及方法
CN110048699A (zh) * 2019-05-21 2019-07-23 哈尔滨工业大学 一种抑制GaN半桥模块桥臂串扰的栅极驱动电路
JP2020010574A (ja) * 2018-07-12 2020-01-16 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 スイッチング素子駆動回路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160301351A1 (en) * 2014-01-22 2016-10-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Gate driving circuit, inverter circuit, and motor control device
JP5791758B1 (ja) * 2014-05-15 2015-10-07 三菱電機株式会社 ゲート駆動回路
CN107210737A (zh) * 2015-02-16 2017-09-26 爱信艾达株式会社 开关元件驱动电路
CN104883038A (zh) * 2015-06-15 2015-09-02 山东大学 一种应用负压关断半桥电路驱动器的半桥电路及其方法
CN107342756A (zh) * 2017-08-16 2017-11-10 重庆大学 一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置
CN107769530A (zh) * 2017-11-29 2018-03-06 上海空间电源研究所 同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路及方法
JP2020010574A (ja) * 2018-07-12 2020-01-16 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 スイッチング素子駆動回路
CN110048699A (zh) * 2019-05-21 2019-07-23 哈尔滨工业大学 一种抑制GaN半桥模块桥臂串扰的栅极驱动电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUOWEN LI,AT.AL: "A Level Shift Gate Driving Circuit of SiC MOSFET", 《2020 IEEE APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113872420A (zh) * 2021-09-23 2021-12-31 上海电机学院 一种抑制SiC—MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN111555596B (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI599156B (zh) 驅動變壓器隔離自適應驅動電路
CN113098240B (zh) 一种Cascode型GaN功率器件的驱动电路
CN111464005B (zh) 具有主动串扰抑制功能的SiC功率管驱动电路及控制方法
CN103545802B (zh) 一种新型igbt有源钳位保护电路
CN111211762A (zh) 一种高开通性能的SiC MOSFET驱动电路
CN111525780B (zh) 宽禁带功率器件驱动串扰电压抑制电路、方法及装置
WO2020228202A1 (zh) 降低功率器件反向恢复电流的栅极驱动电路
CN111600461A (zh) 一种改进型SiC MOSFET桥臂串扰抑制驱动电路及方法
CN109980905A (zh) 碳化硅场效应管的串扰抑制电路、驱动电路及桥式变换器
CN109743054A (zh) 一种SiC MOSFET二类短路电流抑制电路及方法
CN107623512B (zh) 一种有源密勒箝位保护电路
CN113315354A (zh) 一种抑制SiC MOSFET串扰的低阻抗钳位驱动电路
CN112928902A (zh) 一种SiC MOSFET的驱动电路
CN111555596B (zh) 一种具有可调负压的SiC MOSFET栅极串扰抑制驱动电路
CN210297542U (zh) 一种可抑制桥臂串扰的SiC功率器件驱动电路
CN111614236A (zh) 一种基于桥式电路的SiC MOSFET门极辅助电路
US9397207B2 (en) Gated thyristor power device
CN116827095A (zh) 一种SiC MOSFET驱动电路及驱动方法
CN113676029B (zh) 一种基于igbt的有源钳位电路
CN211981740U (zh) Igbt有源钳位电路
CN113904531A (zh) 功率模块驱动电路及空调
CN111725978B (zh) 具有负压关断和串扰抑制功能的SiC MOSFET栅极驱动电路
CN112234810A (zh) 一种应用于半桥电路的新型SiC MOSFET振荡抑制电路
CN212543643U (zh) 一种控制超级结mosfet开关速度的电路
CN111725978A (zh) 具有负压关断和串扰抑制功能的SiC MOSFET栅极驱动电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant