CN114362484A - 用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其包括隔离驱动模块、用于电连接PWM信号的PWM端口、用于电连接所述碳化硅半导体场效应管门极的SIC‑G端口和用于电连接所述碳化硅半导体场效应管源极的SIC‑S端口，所述隔离驱动模块包括隔离驱动芯片，所述隔离驱动芯片的IN+端电连接所述PWM端口以构成PWM信号传输主路，VCC1端电连接一第一电源电压，IN‑端和GND1端并联后接公共地，OUT+端和OUT‑端并联后电连接所述SIC‑G端口，VCC2端电连接一第二电源电压，所述隔离驱动芯片的GND2端电连接一第三电源电压，所述SIC‑S端口电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间；本发明的抗干扰能力强，并能够在500KHz高开关频率下具有较快脉冲上升、下降速度，适于应用于碳化硅器件的电力变换器设备中。
Description
技术领域
本发明涉及驱动电路技术领域，尤其涉及一种用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电力电子设备在生活中的应用越来越多。目前主流的电力电子功率器件，常用的MOSFET、IGBT等开关管，大多都是以硅材料制成的功率器件。硅功率器件的工作电压较低，且导通电阻高，使得电力变换时的硅功率器件的开关损耗高。
随着以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体器件的技术突破，碳化硅器件击穿电压高、导热率高、开关频率高等性能优于硅基器件，其应用范围也越来越广泛。将碳化硅器件应用于变换器设备中，能极大提升设备功率密度和设备效率。
然而，现有的硅器件驱动电路工作频率一般工作在30KHz以下，其驱动脉冲的上升和下降速度较低，无法直接用于驱动碳化硅器件，而为了能够实现对碳化硅器件的驱动，该驱动电路需要具有更高的驱动频率，且该驱动电路的驱动脉冲需要有更快的上升和下降速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其抗干扰能力强，并能够在500KHz高开关频率下具有较快脉冲上升速度和脉冲下降速度，适于广泛应用于碳化硅器件的电力变换器设备中。
为了实现上述目的，本发明公开了一种用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其包括隔离驱动模块、用于电连接PWM信号的PWM端口、用于电连接所述碳化硅半导体场效应管门极的SIC-G端口和用于电连接所述碳化硅半导体场效应管源极的SIC-S端口，所述隔离驱动模块包括隔离驱动芯片，所述隔离驱动芯片的IN+端电连接所述PWM端口以构成PWM信号传输主路，VCC1端电连接一第一电源电压，IN-端和GND1端并联后接公共地，OUT+端和OUT-端并联后电连接所述SIC-G端口，VCC2端电连接一第二电源电压，所述隔离驱动芯片的GND2端电连接一第三电源电压，所述SIC-S端口电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间。
与现有技术相比，本发明的隔离驱动芯片的IN+端电连接PWM端口以构成PWM信号传输主路，VCC1端电连接一第一电源电压，IN-端和GND1端并联后接公共地，OUT+端和OUT-端并联后电连接SIC-G端口，VCC2端电连接一第二电源电压，隔离驱动芯片的GND2端电连接一第三电源电压，SIC-S端口电连接于VCC2端和第二电源电压之间，其抗干扰能力强，并能够在500KHz高开关频率下具有较快脉冲上升速度和脉冲下降速度，适于广泛应用于碳化硅器件的电力变换器设备中。
较佳地，所述隔离驱动芯片的型号为1EDC60H12AH。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括下拉模块，所述下拉模块包括第一电阻R1，所述一电阻R1的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括反向加速释放模块，所述反向加速释放模块包括第二电阻R2、第三电阻R3和反向截止单元，所述第二电阻R2串联在所述PWM信号传输主路上，所述第三电阻R3和反向截止单元串联后，与所述第二电阻R2呈并联设置，所述反向截止单元限制电流沿所述IN+端至PWM端口方向流经所述第三电阻R3。
具体地，所述反向加速释放模块包括两第二二极管D2，两所述第二二极管D2呈同向地并联设置，所述第二二极管D2的正极端电连接所述第二电阻R2，负极端电连接所述PWM信号传输主路。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括滤波模块，所述滤波模块包括第四电阻R4和第一电容C1，所述第四电阻R4的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地；所述第一电容C1的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括钳位模块，所述钳位模块包括两依次串联的第一二极管D1，两所述第一二极管D1串联后的正极端电连接所述第一电源电压，负极端接公共地。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括第五电阻R5和第六电阻R6，所述OUT+端串联第五电阻R5后的支路与所述OUT-端串联第六电阻R6后的支路呈并联设置后电连接所述SIC-G端口。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括第二电容C2和第四电容C4，所述第二电容C2和第四电容C4串联后一端电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间，另一端电连接第三电源电压，所述SIC-S端口电连接于所述第二电容C2和第四电容C4之间。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端电连接于所述VCC1端和第一电源电压之间，另一端接公共地。
较佳地，所述公共地由OV电源提供，所述第二电源电压和第三电源电压由隔离电源提供，所述第三电源电压为所述隔离电源的参考地电压值。
第一电源电压和第二电源电压分别由一驱动电源提供。
附图说明
图1是本发明的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路的电路结构图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1所示，本实施例的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，适于应用在使用碳化硅器件的电力变换器设备中。该用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路包括隔离驱动模块、PWM端口、SIC-G端口和SIC-S端口，其中，PWM端口用于电连接PWM信号，SIC-G端口用于电连接所述碳化硅半导体场效应管门极，SIC-S端口用于电连接所述碳化硅半导体场效应管源极。可以理解的是，这里的PWM信号为主控输出脉冲信号，当然，还可以为其他类型的PWM信号，在此不做限定。
所述隔离驱动模块包括隔离驱动芯片，较佳者，该隔离驱动芯片的型号为1EDC60H12AH，其具有IN+端、IN-端、VCC1端、GND1端、VCC2端、OUT+端、OUT-端和GND2端。当然，在其他实施方式中，隔离驱动芯片的类型还可以为其他能够满足碳化硅半导体场效应管的高频驱动的类型，当其各端类型与本申请的隔离驱动芯片一致时，可以直接按本实施例的电路连接结构执行，当其各端类型与本申请的隔离驱动芯片不一致时，需要根据实际端类型进行电路连接结构的调整。
所述隔离驱动芯片的IN+端电连接所述PWM端口以构成PWM信号传输主路，VCC1端电连接一第一电源电压，IN-端和GND1端并联后接公共地，OUT+端和OUT-端并联后电连接所述SIC-G端口，VCC2端电连接一第二电源电压，所述隔离驱动芯片的GND2端电连接一第三电源电压，所述SIC-S端口电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间。较佳地，这里的第一电源电压为+3.3V，公共地由OV电源提供，第二电源电压为+15V，第三电源电压为-5V，其中，第二电源电压和第三电源电压由隔离电源提供，第三电源电压为该隔离电源的参考地电压值。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括下拉模块，所述下拉模块包括第一电阻R1，所述一电阻R1的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地，该作用是在隔离驱动芯片初始上电、完成初始化前，为驱动电路提供稳定电平，使碳化硅半导体场效应管始终处于关闭状态。优选地，这里的第一电阻R1的阻值为10KΩ。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括反向加速释放模块，所述反向加速释放模块包括第二电阻R2、第三电阻R3和反向截止单元，所述第二电阻R2串联在所述PWM信号传输主路上，所述第三电阻R3和反向截止单元串联后，与所述第二电阻R2呈并联设置，所述反向截止单元限制电流沿所述IN+端至PWM端口方向流经所述第三电阻R3。具体地，所述反向加速释放模块包括两第二二极管D2，两所述第二二极管D2呈同向地并联设置，所述第二二极管D2的正极端电连接所述第二电阻R2，负极端电连接所述PWM信号传输主路。优选地，这里的第二电阻R2与第三电阻R3的阻值相同，均为5.1KΩ，第二二极管D2的型号为BAW56LT3G。
上述设置的作用是控制驱动电流，调整PWM的上升速率和下降速率。当PWM信号由低电平升向高电平时，第二电阻R2能够控制电流大小。第三电阻R3和反向加速释放模块串联的回路，由于第二二极管D2截止，相当于断路。此时只有第二电阻R2起作用，控制PWM信号上升的速率。
当PWM信号由高电降至低电平时，第二电阻R2、第三电阻R3和第二二极管D2都起作用。通过并联第二电阻R2和第三电阻R3的目的是为了使阻值更小，释放电流的速度更快。第三电阻R3和第二二极管D2的引入，是为了使PWM信号由高降至低的时候，能有效加速脉冲由高降至低电平，提升脉冲下降速率。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括滤波模块，所述滤波模块包括第四电阻R4和第一电容C1，所述第四电阻R4的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地；所述第一电容C1的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地。优选地，这里的第四电阻R4的阻值为1KΩ，第一电容C1的电容值为56PF。
使用时，第二电阻R2、第四电阻R4和第一电容C1共同构成PWM信号的滤波电路，其作用是滤除高频干扰，减少PWM脉冲误触发，提高驱动电路的可靠性。其中，第四电阻R4为第一电容C1的放电提供慢放电通路。第二电阻R2和第一电容C1构成一个低通滤波器，其截止频率f＝1/(2*π*R2*C1)＝1/(2*3.14159*5.1*56*10^-9)＝557.3kHz，即该低通滤波器能滤除高压557.3kHz以上的干扰。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括钳位模块，所述钳位模块包括两依次串联的第一二极管D1，两所述第一二极管D1串联后的正极端电连接所述第一电源电压，负极端接公共地。优选地，这里的第一二极管D1的型号为BAV99WTQ。
可以理解的是，这里的第一二极管D1是钳位二极管，其作用是使PWM信号限幅在0到3.3V之间，以能有效防止干扰PWM信号反灌主控芯片，起到保护主控的作用。由于PWM信号频率交高，本高频驱动电路易受干扰而出现高于3.3V电压或者出现负电压等状况，极易使主控不正常工作。通过本钳位模块能有效抑制上述状况的发生，为高频信号保驾护航。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括第五电阻R5和第六电阻R6，所述OUT+端串联第五电阻R5后的支路与所述OUT-端串联第六电阻R6后的支路呈并联设置后电连接所述SIC-G端口。这里的第五电阻R5为上升沿驱动电阻，第六电阻R6为PWM信号下降沿驱动电阻，能有效调节上升下降沿速率及调整驱动碳化硅半导体场效应管的驱动电流。优选地，这里的第五电阻R5和第六电阻R6的阻值相同，均为1KΩ。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括第二电容C2和第四电容C4，所述第二电容C2和第四电容C4串联后一端电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间，另一端电连接第三电源电压，所述SIC-S端口电连接于所述第二电容C2和第四电容C4之间。通过上述设置，以进一步过滤信号干扰。优选地，这里的第二电容C2和第四电容C4的电容值相同，均为4.7μF。
较佳地，所述用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端电连接于所述VCC1端和第一电源电压之间，另一端接公共地。优选地，这里的第三电容C3的电容值为0.1μF。
结合图1，本发明的隔离驱动芯片的IN+端电连接PWM端口以构成PWM信号传输主路，VCC1端电连接一第一电源电压，IN-端和GND1端并联后接公共地，OUT+端和OUT-端并联后电连接SIC-G端口，VCC2端电连接一第二电源电压，隔离驱动芯片的GND2端电连接一第三电源电压，SIC-S端口电连接于VCC2端和第二电源电压之间，其抗干扰能力强，并能够在500KHz高开关频率下具有较快脉冲上升速度和脉冲下降速度，因此，该高频驱动电路能传输高速开关脉冲，具有信号传输延迟低、驱动峰值电流大、抗干扰性强、稳定性好等特点，适于广泛应用于碳化硅器件的电力变换器设备中。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：包括隔离驱动模块、用于电连接PWM信号的PWM端口、用于电连接所述碳化硅半导体场效应管门极的SIC-G端口和用于电连接所述碳化硅半导体场效应管源极的SIC-S端口，所述隔离驱动模块包括隔离驱动芯片，所述隔离驱动芯片的IN+端电连接所述PWM端口以构成PWM信号传输主路，VCC1端电连接一第一电源电压，IN-端和GND1端并联后接公共地，OUT+端和OUT-端并联后电连接所述SIC-G端口，VCC2端电连接一第二电源电压，所述隔离驱动芯片的GND2端电连接一第三电源电压，所述SIC-S端口电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间。
2.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括下拉模块，所述下拉模块包括第一电阻R1，所述一电阻R1的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地。
3.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括反向加速释放模块，所述反向加速释放模块包括第二电阻R2、第三电阻R3和反向截止单元，所述第二电阻R2串联在所述PWM信号传输主路上，所述第三电阻R3和反向截止单元串联后，与所述第二电阻R2呈并联设置，所述反向截止单元限制电流沿所述IN+端至PWM端口方向流经所述第三电阻R3。
4.如权利要求3所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：所述反向加速释放模块包括两第二二极管D2，两所述第二二极管D2呈同向地并联设置，所述第二二极管D2的正极端电连接所述第二电阻R2，负极端电连接所述PWM信号传输主路。
5.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括滤波模块，所述滤波模块包括第四电阻R4和第一电容C1，所述第四电阻R4的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地；所述第一电容C1的一端电连接所述PWM信号传输主路，另一端接公共地。
6.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括钳位模块，所述钳位模块包括两依次串联的第一二极管D1，两所述第一二极管D1串联后的正极端电连接所述第一电源电压，负极端接公共地。
7.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括第五电阻R5和第六电阻R6，所述OUT+端串联第五电阻R5后的支路与所述OUT-端串联第六电阻R6后的支路呈并联设置后电连接所述SIC-G端口。
8.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括第二电容C2和第四电容C4，所述第二电容C2和第四电容C4串联后一端电连接于所述VCC2端和第二电源电压之间，另一端电连接第三电源电压，所述SIC-S端口电连接于所述第二电容C2和第四电容C4之间。
9.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：还包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端电连接于所述VCC1端和第一电源电压之间，另一端接公共地。
10.如权利要求1所述的用于驱动碳化硅半导体场效应管的高频驱动电路，其特征在于：所述公共地由OV电源提供，所述第二电源电压和第三电源电压由隔离电源提供，所述第三电源电压为所述隔离电源的参考地电压值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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