CN113965055A - 一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路及其驱动方法，驱动电路包括产生符合驱动电路时序的脉宽调制波的数字控制器电路和为驱动电路中各用电电路供电的电源电路，以及用于抑制SiC器件桥臂串扰的串扰抑制电路和用于提供SiC器件关断时所需的负压产生电路；数字控制器电路的信号输出端接有数字隔离电路，数字隔离电路的信号输出端接有放大电路，放大电路与SiC器件之间连接有用于对SiC器件门极电容进行充放电的谐振电路。本发明设计合理，实现方便，能够有效应用在SiC器件的高频驱动中，结合谐振驱动和串扰抑制的驱动方法，能够有效降低功率损耗，同时有效抑制桥臂串扰，驱动可靠性高，效果显著，便于推广。

Description

一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路及其驱动方法
技术领域
本发明属于驱动电路技术领域，具体涉及一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路及其驱动方法。
背景技术
硅基功率半导体器件门极采用串联电阻限制充放电回路中的电流，电路阻抗较大，且工作频率越高损耗越大；回路中的寄生电感和电容容易产生振荡，通过增加电阻值的方法可以抑制振荡，但会降低开关速度。SiC MOSFET的工作频率远高于Si器件的工作频率，且具有导通电阻小、寄生参数小、耐高温和耐高压等特点，传统门极驱动(ConventionalGate Drive,CGD)电路已不再适用于SiC MOSFET高频驱动电路。因此，谐振门极驱动(Resonant Gate Drive,RGD)电路被提出，但多数聚焦于功率损耗的降低，而忽略了桥臂串扰问题。
现有技术中，主要从四个方面抑制串扰：(1)采用电感元件减小驱动回路阻抗；(2)门极采用负压关断；(3)电路中增加有源密勒钳位电路；(4)采用开尔文封装，减小寄生参数。但在高频应用中，SiC MOSFET器件高频工作时驱动损耗大、易受寄生参数干扰、桥臂串扰导致器件误导通，现有技术中的电路还不能完全满足驱动要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，其电路结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在高频驱动中，结合谐振驱动和串扰抑制的驱动方法，实现谐振门极驱动，能够有效降低功率损耗，同时有效抑制桥臂串扰，驱动可靠性高，效果显著，便于推广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，包括产生符合所述驱动电路时序的脉宽调制波的数字控制器电路和为所述驱动电路中各用电电路供电的电源电路，以及用于抑制SiC器件桥臂串扰的串扰抑制电路和用于提供SiC器件关断时所需的负压产生电路；所述数字控制器电路的信号输出端接有数字隔离电路，所述数字隔离电路的信号输出端接有放大电路，所述放大电路与SiC器件之间连接有用于对SiC器件门极电容进行充放电的谐振电路，所述串扰抑制电路和负压产生电路均与谐振电路连接。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，所述数字控制器电路包括用于输入驱动时序信号的接线端口P1，所述接线端口P1的第1引脚与电源电路的3.3V电压输出端连接，所述接线端口P1的第2引脚为所述数字控制器电路的PWM1驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第3引脚为所述数字控制器电路的PWM2驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第4引脚为所述数字控制器电路的PWM3驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第5引脚接地。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，所述数字隔离电路包括型号均为CA-IS3720HS的数字隔离器U2和数字隔离器U5，以及电容C5、电容C6、电容C9、电容C10、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R14和电阻R15；所述数字隔离器U2的第1引脚与电源电路的3.3V电压输出端连接，且通过电容C6接地，所述数字隔离器U2的第2引脚通过电阻R2与数字控制器电路的PWM1驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U2的第3引脚通过电阻R3与数字控制器电路的PWM2驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U2的第4引脚和第5引脚均接地，所述数字隔离器U2的第8引脚与电源电路的5V电压输出端连接，且通过电容C5接地，所述数字隔离器U2的第7引脚与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端为所述数字隔离电路的PWM1信号隔离输出端，且通过电容C9接地，所述数字隔离器U2的第6引脚与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端为所述数字隔离电路的PWM2信号隔离输出端，且通过电容C10接地；所述数字隔离器U5的第1引脚与电源电路的3.3V电压输出端连接，且通过电容C17接地，所述数字隔离器U5的第2引脚通过电阻R15与数字控制器电路的PWM3驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U5的第4引脚和第5引脚均接地，所述数字隔离器U5的第8引脚与电源电路的5V电压输出端连接，且通过电容C16接地，所述数字隔离器U5的第7引脚与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端为所述数字隔离电路的PWM3信号隔离输出端，且通过电容C15接地。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，所述放大电路包括型号均为UCC27517AQDB的驱动芯片U3、驱动芯片U4和驱动芯片U6，以及电容C7、电容C8、电容C14、电阻R6、电阻R7和电阻R16；所述驱动芯片U3的第1引脚与电源电路的15V电压输出端连接，且通过电容C7接地，所述驱动芯片U3的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U3的第3引脚与数字隔离电路的PWM1信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U3的第5引脚与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端为所述放大电路的PWM1信号放大输出端；所述驱动芯片U4的第1引脚与电源电路的15V电压输出端连接，且通过电容C8接地，所述驱动芯片U4的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U4的第3引脚与数字隔离电路的PWM2信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U4的第5引脚与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端为所述放大电路的PWM2信号放大输出端；所述驱动芯片U6的第1引脚与电源电路的15V电压输出端连接，且通过电容C14接地，所述驱动芯片U6的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U6的第3引脚与数字隔离电路的PWM3信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U6的第5引脚与电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端为所述放大电路的PWM3信号放大输出端。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，所述谐振电路包括MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、电感Lr、电容C11、二极管D1、二极管D2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13，所述串扰抑制电路包括MOS管S4、MOS管S5、电阻R59和电阻R60，所述负压电路包括稳压二极管D3和电容C12，所述MOS管S1的栅极与放大电路的PWM1信号放大输出端连接，且通过电阻R8与电源电路的15V电压输出端连接，所述MOS管S1的源极与电源电路的15V电压输出端连接，且通过电容C11接地，所述MOS管S2的栅极与放大电路的PWM2信号放大输出端连接，且通过电阻R9接地，所述MOS管S2的源极接地，所述MOS管S1的漏极和MOS管S2的漏极均与电感Lr的一端连接，所述MOS管S3的栅极与放大电路的PWM3信号放大输出端连接，且通过电阻R13接地，所述MOS管S3的源极接地，所述MOS管S3的漏极、二极管D1的阳极、稳压二极管D3的阴极和电容C12的一端均与电感Lr的另一端连接，所述二极管D1的阴极与电源电路的15V电压输出端连接，所述稳压二极管D3的阳极和电容C12的另一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端和电阻R60的一端均与MOS管S4的源极连接，所述MOS管S4的栅极、MOS管S5的栅极、电阻R60的另一端和电阻R59的一端均接地，所述MOS管S4的漏极与MOS管S5的漏极连接，所述二极管D2的阴极与电阻R10的另一端连接，所述MOS管S5的源极、电阻R59的另一端、电阻R11的另一端、二极管D2的阳极和电阻R12的一端均与SiC器件的门极连接，所述电阻R12的另一端接地。
本发明还公开了一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，采用上述的驱动电路，所述驱动方法在一个驱动周期内，包括6种工作模态：
模态1[t0，t1]：t0时刻，MOS管S1导通，MOS管S2和MOS管S3截止；在驱动电压Vcc作用下，电感Lr的电流iLr开始线性增加，为电容C1和门极等效电容Ciss充电，电流路径：Vcc→S1→Lr→C12(D3)→R11→Ciss→GND，t1时刻，模态1结束；
模态2[t1，t2]：t1时刻，MOS管S1导通，MOS管S2和MOS管S3截止；二极管D1导通，门极等效电容Ciss充电结束，电压被Vcc钳位，二极管D1的电流iD1开始线性减小，电流路径：Vcc→S1→Lr→D1，t2时刻，模态2结束；
模态3[t2，t3]：t2时刻，MOS管S1截止，MOS管S2和MOS管S3截止；电路中无电流流通，电容C1和门极等效电容Ciss中电荷保持不变，保证SiC可靠导通，t3时刻，模态3结束；
模态4[t3，t4]：t3时刻，MOS管S2导通，MOS管S1和MOS管S3截止；电感Lr的电流iLr反向并开始线性增加，电感Lr为门极等效电容Ciss放电，电流路径：Ciss→R10,D2(R11)→C12(D3)→Lr→S2→GND，t4时刻，模态4结束；
模态5[t4，t5]：t4时刻，MOS管S2导通，MOS管S1和MOS管S3截止；MOS管S3的电流iS3从峰值开始线性减小，SiC门极电压Vg逐渐减小，当Vg小于参考电压Vref时，MOS管S3导通，电流路径：Lr→S2→S3，t5时刻，模态5结束；
模态6[t5，t6]：t5时刻，MOS管S3导通，MOS管S1和MOS管S2截止；SiC门极电压Vg被电容C1两端电压钳位，电压值为-VC1，电流路径：Ciss→R10,D2(R11)→C12(D3)→S3→GND，SiC门极电压为负值，保证SiC可靠关断，t6时刻，模态6结束。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，所述MOS管S1和MOS管S2组成图腾柱电路，为门极等效电容Ciss的充放电提供回路，所述MOS管S3和二极管D1为能量回收提供通路。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，所述稳压二极管D3和电容C12组成负压产生电路，为SiC器件的关断提供负压。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，所述电阻R11，以及电阻R10和二极管D2组成两条通路，为充放电回路提供阻尼电阻，抑制SiC器件门极电压尖峰。
上述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，所述MOS管S4、MOS管S5、电阻R59和电阻R60组成串扰抑制电路，MOS管S4和MOS管S5利用产生的负压值控制自身的导通和关断，当SiC器件关断时，门极电压为-VC1，MOS管S4和MOS管S5的栅源电压为VC1，阻尼用电阻R11和电阻R10被短路，回路阻抗减小，抑制桥臂串扰。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的驱动电路结构简单，设计合理，实现方便。
2、本发明的谐振电路中设计电感Lr，相比与传统CGD电路，电感有效减小充放电回路的阻抗，在高频开关工作时，能抑制密勒电容产生的位移电流对门驱动电压的干扰；而且电感属于储能元件，相比于耗能元件电阻，驱动电路的损耗更低。
3、本发明的谐振电路中MOS管S1和MOS管S2构成图腾柱电路，MOS管S1采用PMOS管，MOS管S2采用NMOS管，MOS管S1采用PMOS管的优势在于驱动电压Vcc可以为MOS管S1提供稳定的参考点，MOS管S1的驱动电路设计简单，电路的可靠性更高。
4、本发明的谐振电路中设计二极管D1，为充电过程提供能量回馈路径，MOS管S3为放电回路提供能量回馈路径，保证在一个开关周期内充放电过程中，电感Lr中的能量被完全释放，保证MOS管S1和MOS管S2关断时SiC器件的门极电压不产生振荡。
5、本发明的谐振电路中，电阻R11，以及电阻R10和二极管D2组成两条通路，为门极等效电容Ciss的充放电提供两条不同路径，充电回路中的阻尼电阻值电阻R11大于放电回路中的阻尼电阻值电阻R10，其作用在于抑制二阶电路的振荡；同时，调节电阻R10的电阻值可以改变SiC器件的开通速度，调节电阻R11的电阻值可以改变SiC器件的关断速度，根据不同的功率等级和开关频率阻尼电阻值也需相应调整。
6、本发明的SiC器件在关断过程中，当栅极电压小于密勒台阶电压时，MOS管S3导通，此时，电感电流由MOS管S3的沟道流通，可以减小损耗，SiC器件的栅极电位被拉至-VC1，能有效抑制密勒电容产生的位移电流对栅极驱动电压的干扰，解决了功率器件高频驱动的桥臂串扰问题。
7、本发明设计数字控制器电路，采用脉冲控制，脉冲宽度时间需保证电感中储存的能量完全释放，相对于传统的互补PWM驱动方式，有效的避免了桥臂直通故障。
8、本发明的MOS管S3导通时，漏源电压降为-VC1，体二极管导通，此过程，能够实现零电压开通；当MOS管S3关断时，沟道中的电流为零，实现了零电流关断，软开关降低了损耗。
9、本发明的负压电路中，采用稳压二极管D3和电容C12组成负压产生电路，电路结构简单，可靠性高。
10、本发明的串扰抑制电路中，利用MOS管S4和MOS管S5栅源电压控制开关管的开通和关断，无需主动控制，电路简单，工作稳定性更高；MOS管S4和MOS管S5导通短路掉电路中的电阻R10和电阻R11，回路阻抗减小，可以有效抑制串扰。
11、本发明能够有效应用在高频驱动中，结合谐振驱动和串扰抑制的驱动方法，实现谐振门极驱动，能够有效降低功率损耗，同时有效抑制桥臂串扰，驱动可靠性高，效果显著，便于推广。
综上所述，本发明的电路结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在高频驱动中，结合谐振驱动和串扰抑制的驱动方法，实现谐振门极驱动，能够有效降低功率损耗，同时有效抑制桥臂串扰，驱动可靠性高，效果显著，便于推广。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明驱动电路的原理框图；
图2为本发明驱动电路的电路原理图；
图3为本发明驱动方法的工作波形图；
图4为本发明驱动电路的实验测试波形图。
附图标记说明:
1—数字控制器电路； 2—电源电路； 3—SiC器件；
4—串扰抑制电路； 5—负压产生电路； 6—数字隔离电路；
7—放大电路； 8—谐振电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明的具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，包括产生符合所述驱动电路时序的脉宽调制波的数字控制器电路1和为所述驱动电路中各用电电路供电的电源电路2，以及用于抑制SiC器件3桥臂串扰的串扰抑制电路4和用于提供SiC器件3关断时所需的负压产生电路5；所述数字控制器电路1的信号输出端接有数字隔离电路6，所述数字隔离电路6的信号输出端接有放大电路7，所述放大电路7与SiC器件3之间连接有用于对SiC器件3门极电容进行充放电的谐振电路8，所述串扰抑制电路4和负压产生电路5均与谐振电路8连接。
本实施例中，如图2所示，所述数字控制器电路1包括用于输入驱动时序信号的接线端口P1，所述接线端口P1的第1引脚与电源电路2的3.3V电压输出端连接，所述接线端口P1的第2引脚为所述数字控制器电路1的PWM1驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第3引脚为所述数字控制器电路1的PWM2驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第4引脚为所述数字控制器电路1的PWM3驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第5引脚接地。
本实施例中，如图2所示，所述数字隔离电路6包括型号均为CA-IS3720HS的数字隔离器U2和数字隔离器U5，以及电容C5、电容C6、电容C9、电容C10、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R14和电阻R15；所述数字隔离器U2的第1引脚与电源电路2的3.3V电压输出端连接，且通过电容C6接地，所述数字隔离器U2的第2引脚通过电阻R2与数字控制器电路1的PWM1驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U2的第3引脚通过电阻R3与数字控制器电路1的PWM2驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U2的第4引脚和第5引脚均接地，所述数字隔离器U2的第8引脚与电源电路2的5V电压输出端连接，且通过电容C5接地，所述数字隔离器U2的第7引脚与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端为所述数字隔离电路6的PWM1信号隔离输出端，且通过电容C9接地，所述数字隔离器U2的第6引脚与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端为所述数字隔离电路6的PWM2信号隔离输出端，且通过电容C10接地；所述数字隔离器U5的第1引脚与电源电路2的3.3V电压输出端连接，且通过电容C17接地，所述数字隔离器U5的第2引脚通过电阻R15与数字控制器电路1的PWM3驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U5的第4引脚和第5引脚均接地，所述数字隔离器U5的第8引脚与电源电路2的5V电压输出端连接，且通过电容C16接地，所述数字隔离器U5的第7引脚与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端为所述数字隔离电路6的PWM3信号隔离输出端，且通过电容C15接地。
具体实施时，电阻R2为PWM1驱动时序信号的限流电阻，电阻R3为PWM2驱动时序信号的限流电阻，电阻R15为PWM3驱动时序信号的限流电阻，电容C6为滤波电容，用于为数字隔离器U2原边信号提供稳定的工作电压，电容C17为滤波电容，用于为数字隔离器U5原边信号提供稳定的工作电压，电容C5用于为数字隔离器U2副边信号提供稳定的工作电压，电容C16用于为数字隔离器U5副边信号提供稳定的工作电压，电阻R4和电容C9，以及电阻R5和电容C10分别组成RC低通滤波器，为经过数字隔离器U2后的信号进行滤波，电阻R14和电容C15组成RC低通滤波器，为经过数字隔离器U5后的信号进行滤波。
本实施例中，如图2所示，所述放大电路7包括型号均为UCC27517AQDB的驱动芯片U3、驱动芯片U4和驱动芯片U6，以及电容C7、电容C8、电容C14、电阻R6、电阻R7和电阻R16；所述驱动芯片U3的第1引脚与电源电路2的15V电压输出端连接，且通过电容C7接地，所述驱动芯片U3的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U3的第3引脚与数字隔离电路6的PWM1信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U3的第5引脚与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端为所述放大电路7的PWM1信号放大输出端；所述驱动芯片U4的第1引脚与电源电路2的15V电压输出端连接，且通过电容C8接地，所述驱动芯片U4的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U4的第3引脚与数字隔离电路6的PWM2信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U4的第5引脚与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端为所述放大电路7的PWM2信号放大输出端；所述驱动芯片U6的第1引脚与电源电路2的15V电压输出端连接，且通过电容C14接地，所述驱动芯片U6的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U6的第3引脚与数字隔离电路6的PWM3信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U6的第5引脚与电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端为所述放大电路7的PWM3信号放大输出端。
具体实施时，经过数字隔离器的信号无法直接驱动开关管，故需对隔离输出的信号进行功率放大，以满足驱动MOS管S1、MOS管S2和MOS管S3的要求，电容C7、电容C8和电容C14分别用于为驱动芯片U3、驱动芯片U4和驱动芯片U6提供稳定的电压，电阻R6、电阻R7和电阻R16分别为MOS管S1、MOS管S2和MOS管S3的门极驱动电阻。
本实施例中，如图2所示，所述谐振电路8包括MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、电感Lr、电容C11、二极管D1、二极管D2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13，所述串扰抑制电路4包括MOS管S4、MOS管S5、电阻R59和电阻R60，所述负压电路5包括稳压二极管D3和电容C12，所述MOS管S1的栅极与放大电路7的PWM1信号放大输出端连接，且通过电阻R8与电源电路2的15V电压输出端连接，所述MOS管S1的源极与电源电路2的15V电压输出端连接，且通过电容C11接地，所述MOS管S2的栅极与放大电路7的PWM2信号放大输出端连接，且通过电阻R9接地，所述MOS管S2的源极接地，所述MOS管S1的漏极和MOS管S2的漏极均与电感Lr的一端连接，所述MOS管S3的栅极与放大电路7的PWM3信号放大输出端连接，且通过电阻R13接地，所述MOS管S3的源极接地，所述MOS管S3的漏极、二极管D1的阳极、稳压二极管D3的阴极和电容C12的一端均与电感Lr的另一端连接，所述二极管D1的阴极与电源电路2的15V电压输出端连接，所述稳压二极管D3的阳极和电容C12的另一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端和电阻R60的一端均与MOS管S4的源极连接，所述MOS管S4的栅极、MOS管S5的栅极、电阻R60的另一端和电阻R59的一端均接地，所述MOS管S4的漏极与MOS管S5的漏极连接，所述二极管D2的阴极与电阻R10的另一端连接，所述MOS管S5的源极、电阻R59的另一端、电阻R11的另一端、二极管D2的阳极和电阻R12的一端均与SiC器件3的门极连接，所述电阻R12的另一端接地。
具体实施时，MOS管S1采用PMOS管，MOS管S2采用NMOS管；电阻R8、电阻R9和电阻R13分别为MOS管S1、MOS管S2和MOS管S3的栅源极保护电阻，电阻R12为SiC器件3的栅源极保护电阻。
如图3所示，本发明的具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，在一个驱动周期内，包括6种工作模态：
模态1[t0，t1]：t0时刻，MOS管S1导通，MOS管S2和MOS管S3截止；在驱动电压Vcc作用下，电感Lr的电流iLr开始线性增加，为电容C1和门极等效电容Ciss充电，电流路径：Vcc→S1→Lr→C12(D3)→R11→Ciss→GND，t1时刻，模态1结束；
模态2[t1，t2]：t1时刻，MOS管S1导通，MOS管S2和MOS管S3截止；二极管D1导通，门极等效电容Ciss充电结束，电压被Vcc钳位，二极管D1的电流iD1开始线性减小，电流路径：Vcc→S1→Lr→D1，t2时刻，模态2结束；
模态3[t2，t3]：t2时刻，MOS管S1截止，MOS管S2和MOS管S3截止；电路中无电流流通，电容C1和门极等效电容Ciss中电荷保持不变，保证SiC可靠导通，t3时刻，模态3结束；
模态4[t3，t4]：t3时刻，MOS管S2导通，MOS管S1和MOS管S3截止；电感Lr的电流iLr反向并开始线性增加，电感Lr为门极等效电容Ciss放电，电流路径：Ciss→R10,D2(R11)→C12(D3)→Lr→S2→GND，t4时刻，模态4结束；
模态5[t4，t5]：t4时刻，MOS管S2导通，MOS管S1和MOS管S3截止；MOS管S3的电流iS3从峰值开始线性减小，SiC门极电压Vg逐渐减小，当Vg小于参考电压Vref时，MOS管S3导通，电流路径：Lr→S2→S3，t5时刻，模态5结束；
模态6[t5，t6]：t5时刻，MOS管S3导通，MOS管S1和MOS管S2截止；SiC门极电压Vg被电容C1两端电压钳位，电压值为-VC1，电流路径：Ciss→R10,D2(R11)→C12(D3)→S3→GND，SiC门极电压为负值，保证SiC可靠关断，t6时刻，模态6结束。
本实施例中，所述MOS管S1和MOS管S2组成图腾柱电路，为门极等效电容Ciss的充放电提供回路，所述MOS管S3和二极管D1为能量回收提供通路。
本实施例中，所述稳压二极管D3和电容C12组成负压产生电路，为SiC器件3的关断提供负压。
本实施例中，所述电阻R11，以及电阻R10和二极管D2组成两条通路，为充放电回路提供阻尼电阻，抑制SiC器件3门极电压尖峰。
本实施例中，所述MOS管S4、MOS管S5、电阻R59和电阻R60组成串扰抑制电路，MOS管S4和MOS管S5利用产生的负压值控制自身的导通和关断，当SiC器件3关断时，门极电压为-VC1，MOS管S4和MOS管S5的栅源电压为VC1，阻尼用电阻R11和电阻R10被短路，回路阻抗减小，抑制桥臂串扰。
为了验证本发明驱动电路及其驱动方法的合理性，通过PSIM软件搭建了仿真模型和实验平台进行验证。本发明驱动电路工作在0.5MHz时，实验测试波形如图4所示。
在图4中，S1、S2、S3分别为MOS管S1、MOS管S2和MOS管S3的驱动波形，Vgs为SiC器件3的门极驱动波形，Vds为SiC器件3的漏源电压，开通过程Vgs的上升时间tr(on)＝24ns，Vds的下降时间tf(on)＝22ns；关断过程，Vgs的下降时间tf(off)＝53ns，Vds的上升时间tr(off)＝27ns，SiC器件3关断的负电压为-1.8V。通过仿真和实验验证分析得出，本发明的驱动电路在高频工作时，不仅具有抑制桥臂串扰功能，还实现了软开关，降低了电路损耗。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，其特征在于：包括产生符合所述驱动电路时序的脉宽调制波的数字控制器电路(1)和为所述驱动电路中各用电电路供电的电源电路(2)，以及用于抑制SiC器件(3)桥臂串扰的串扰抑制电路(4)和用于提供SiC器件(3)关断时所需的负压产生电路(5)；所述数字控制器电路(1)的信号输出端接有数字隔离电路(6)，所述数字隔离电路(6)的信号输出端接有放大电路(7)，所述放大电路(7)与SiC器件(3)之间连接有用于对SiC器件(3)门极电容进行充放电的谐振电路(8)，所述串扰抑制电路(4)和负压产生电路(5)均与谐振电路(8)连接。
2.按照权利要求1所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，其特征在于：所述数字控制器电路(1)包括用于输入驱动时序信号的接线端口P1，所述接线端口P1的第1引脚与电源电路(2)的3.3V电压输出端连接，所述接线端口P1的第2引脚为所述数字控制器电路(1)的PWM1驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第3引脚为所述数字控制器电路(1)的PWM2驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第4引脚为所述数字控制器电路(1)的PWM3驱动时序信号连接端，所述接线端口P1的第5引脚接地。
3.按照权利要求2所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，其特征在于：所述数字隔离电路(6)包括型号均为CA-IS3720HS的数字隔离器U2和数字隔离器U5，以及电容C5、电容C6、电容C9、电容C10、电容C15、电容C16、电容C17、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R14和电阻R15；所述数字隔离器U2的第1引脚与电源电路(2)的3.3V电压输出端连接，且通过电容C6接地，所述数字隔离器U2的第2引脚通过电阻R2与数字控制器电路(1)的PWM1驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U2的第3引脚通过电阻R3与数字控制器电路(1)的PWM2驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U2的第4引脚和第5引脚均接地，所述数字隔离器U2的第8引脚与电源电路(2)的5V电压输出端连接，且通过电容C5接地，所述数字隔离器U2的第7引脚与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端为所述数字隔离电路(6)的PWM1信号隔离输出端，且通过电容C9接地，所述数字隔离器U2的第6引脚与电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端为所述数字隔离电路(6)的PWM2信号隔离输出端，且通过电容C10接地；所述数字隔离器U5的第1引脚与电源电路(2)的3.3V电压输出端连接，且通过电容C17接地，所述数字隔离器U5的第2引脚通过电阻R15与数字控制器电路(1)的PWM3驱动时序信号连接端连接，所述数字隔离器U5的第4引脚和第5引脚均接地，所述数字隔离器U5的第8引脚与电源电路(2)的5V电压输出端连接，且通过电容C16接地，所述数字隔离器U5的第7引脚与电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端为所述数字隔离电路(6)的PWM3信号隔离输出端，且通过电容C15接地。
4.按照权利要求3所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，其特征在于：所述放大电路(7)包括型号均为UCC27517AQDB的驱动芯片U3、驱动芯片U4和驱动芯片U6，以及电容C7、电容C8、电容C14、电阻R6、电阻R7和电阻R16；所述驱动芯片U3的第1引脚与电源电路(2)的15V电压输出端连接，且通过电容C7接地，所述驱动芯片U3的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U3的第3引脚与数字隔离电路(6)的PWM1信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U3的第5引脚与电阻R6的一端连接，所述电阻R6的另一端为所述放大电路(7)的PWM1信号放大输出端；所述驱动芯片U4的第1引脚与电源电路(2)的15V电压输出端连接，且通过电容C8接地，所述驱动芯片U4的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U4的第3引脚与数字隔离电路(6)的PWM2信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U4的第5引脚与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端为所述放大电路(7)的PWM2信号放大输出端；所述驱动芯片U6的第1引脚与电源电路(2)的15V电压输出端连接，且通过电容C14接地，所述驱动芯片U6的第2引脚和第4引脚均接地，所述驱动芯片U6的第3引脚与数字隔离电路(6)的PWM3信号隔离输出端连接，所述驱动芯片U6的第5引脚与电阻R16的一端连接，所述电阻R16的另一端为所述放大电路(7)的PWM3信号放大输出端。
5.按照权利要求4所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动电路，其特征在于：所述谐振电路(8)包括MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、电感Lr、电容C11、二极管D1、二极管D2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13，所述串扰抑制电路(4)包括MOS管S4、MOS管S5、电阻R59和电阻R60，所述负压电路(5)包括稳压二极管D3和电容C12，所述MOS管S1的栅极与放大电路(7)的PWM1信号放大输出端连接，且通过电阻R8与电源电路(2)的15V电压输出端连接，所述MOS管S1的源极与电源电路(2)的15V电压输出端连接，且通过电容C11接地，所述MOS管S2的栅极与放大电路(7)的PWM2信号放大输出端连接，且通过电阻R9接地，所述MOS管S2的源极接地，所述MOS管S1的漏极和MOS管S2的漏极均与电感Lr的一端连接，所述MOS管S3的栅极与放大电路(7)的PWM3信号放大输出端连接，且通过电阻R13接地，所述MOS管S3的源极接地，所述MOS管S3的漏极、二极管D1的阳极、稳压二极管D3的阴极和电容C12的一端均与电感Lr的另一端连接，所述二极管D1的阴极与电源电路(2)的15V电压输出端连接，所述稳压二极管D3的阳极和电容C12的另一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端和电阻R60的一端均与MOS管S4的源极连接，所述MOS管S4的栅极、MOS管S5的栅极、电阻R60的另一端和电阻R59的一端均接地，所述MOS管S4的漏极与MOS管S5的漏极连接，所述二极管D2的阴极与电阻R10的另一端连接，所述MOS管S5的源极、电阻R59的另一端、电阻R11的另一端、二极管D2的阳极和电阻R12的一端均与SiC器件(3)的门极连接，所述电阻R12的另一端接地。
6.一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，其特征在于，采用如权利要求1-5所述的驱动电路，所述驱动方法在一个驱动周期内，包括6种工作模态：
模态1[t0，t1]：t0时刻，MOS管S1导通，MOS管S2和MOS管S3截止；在驱动电压Vcc作用下，电感Lr的电流iLr开始线性增加，为电容C1和门极等效电容Ciss充电，电流路径：Vcc→S1→Lr→C12(D3)→R11→Ciss→GND，t1时刻，模态1结束；
模态2[t1，t2]：t1时刻，MOS管S1导通，MOS管S2和MOS管S3截止；二极管D1导通，门极等效电容Ciss充电结束，电压被Vcc钳位，二极管D1的电流iD1开始线性减小，电流路径：Vcc→S1→Lr→D1，t2时刻，模态2结束；
模态3[t2，t3]：t2时刻，MOS管S1截止，MOS管S2和MOS管S3截止；电路中无电流流通，电容C1和门极等效电容Ciss中电荷保持不变，保证SiC可靠导通，t3时刻，模态3结束；
模态4[t3，t4]：t3时刻，MOS管S2导通，MOS管S1和MOS管S3截止；电感Lr的电流iLr反向并开始线性增加，电感Lr为门极等效电容Ciss放电，电流路径：Ciss→R10,D2(R11)→C12(D3)→Lr→S2→GND，t4时刻，模态4结束；
模态5[t4，t5]：t4时刻，MOS管S2导通，MOS管S1和MOS管S3截止；MOS管S3的电流iS3从峰值开始线性减小，SiC门极电压Vg逐渐减小，当Vg小于参考电压Vref时，MOS管S3导通，电流路径：Lr→S2→S3，t5时刻，模态5结束；
模态6[t5，t6]：t5时刻，MOS管S3导通，MOS管S1和MOS管S2截止；SiC门极电压Vg被电容C1两端电压钳位，电压值为-VC1，电流路径：Ciss→R10,D2(R11)→C12(D3)→S3→GND，SiC门极电压为负值，保证SiC可靠关断，t6时刻，模态6结束。
7.按照权利要求6所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，其特征在于：所述MOS管S1和MOS管S2组成图腾柱电路，为门极等效电容Ciss的充放电提供回路，所述MOS管S3和二极管D1为能量回收提供通路。
8.按照权利要求6所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，其特征在于：所述稳压二极管D3和电容C12组成负压产生电路，为SiC器件(3)的关断提供负压。
9.按照权利要求6所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，其特征在于：所述电阻R11，以及电阻R10和二极管D2组成两条通路，为充放电回路提供阻尼电阻，抑制SiC器件(3)门极电压尖峰。
10.按照权利要求9所述的一种具有串扰抑制的谐振门极驱动方法，其特征在于：所述MOS管S4、MOS管S5、电阻R59和电阻R60组成串扰抑制电路，MOS管S4和MOS管S5利用产生的负压值控制自身的导通和关断，当SiC器件(3)关断时，门极电压为-VC1，MOS管S4和MOS管S5的栅源电压为VC1，阻尼用电阻R11和电阻R10被短路，回路阻抗减小，抑制桥臂串扰。
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