CN114826234A - 碳化硅mosfet驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化硅MOSFET驱动技术领域,公开了碳化硅MOSFET驱动电路，包括发光电路，被置于提供光源；感光电路，包括输出端和输入端，感光电路接收到所述发光电路发出的光时产生充电电流，输出端被配置于与碳化硅MOSFE的栅极电连接；负载电流回路，包括第一连接端和第二连接端，第一连接端与碳化硅MOSFET的源极电连接，第二连接端与所述输入端电连接，在实际使用时，本发明的电路结构简单，通过设置发光电路和感光电路，当发光电路发出光时，感光电路基于发光电路产生的光产生充电电流，该充电电流输入到碳化硅MOSFET的栅极进行充电，使碳化硅MOSFET栅极电压上升，当碳化硅MOSFET的栅极和源极的电压差大于其阈值电压时，碳化硅MOSFET导通，从而实现碳化硅MOSFET的导通和关断驱动。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅MOSFET驱动技术领域，具体涉及碳化硅MOSFET驱动电路。
背景技术
对于基于Si衬底的MOSFET，其耐压越高则意味着其单位面积的导通电阻就越大，因此基于Si衬底的高耐压MOSFET在实际使用时其能耗较高，而且产热多，故对于600V以上的电压领域主要采用IGBT（绝缘栅极双极型晶体管）进行开关控制，而IGBT主要通过向漂移层内注入少数载流子的空穴来降低导通电阻，但是同时由于少数载流子的积聚，IGBT在关断时会产生尾电流，从而造成极大的开关损耗。
随着第三代半导体材料碳化硅的出现，基于碳化硅的MOSFET由于其具有高耐压、耐高温、导通电阻小、不存在电流拖尾现象，碳化硅MOSFET能在IGBT不能工作的高频调节下驱动。通常碳化硅MOSFET的工作电压高达几百伏甚至上千伏，为了更安全地对碳化硅MOSFET进行控制，一般采用变压器隔离驱动、电容隔离驱动或者光电耦合器隔离驱动，从而将高压驱动电路和低压控制电路隔离开，例如公开号为CN108667444A的专利文献公开的一种碳化硅MOSFET驱动电路就是通过驱动变压器T4进行驱动。而采用变压器隔离驱动和电容隔离驱动的电路结构复杂，生产和封装工艺难度高。
发明内容
鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种结构简单的碳化硅MOSFET驱动电路。
为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：碳化硅MOSFET驱动电路，包括
发光电路，被置于提供光源；
感光电路，包括输出端和输入端，所述感光电路接收到所述发光电路发出的光时产生充电电流，所述充电电流从输出端输出，所述输出端被配置于与碳化硅MOSFE的栅极电连接；
负载电流回路，包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与碳化硅MOSFET的源极电连接，所述第二连接端与所述输入端电连接。
在某种实施方式中，本发明还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端与所述感光电路的输出端电连接，所述稳压电路的输出端与所述第一连接端电连接。
作为进一步的技术方案，所述稳压电路包括稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的负极与所述感光电路的输出端电连接，所述稳压二极管D3的正极与所述第一连接端电连接。
在某种实施方式中，本发明还包括控制开关，所述控制开关的输入极与所述感光电路的输出端电连接，所述控制开关的输出极与所述第一连接端电连接，所述控制开关的控制极与所述第二连接端电连接。
作为进一步的技术方案，所述负载电流回路包括电阻R1和第二二极管，所述电阻R1与第二二极管并联，所述第二二极管的正极为第一连接端，所述第二二极管的负极为第二连接端。
在某种实施方式中，所述发光电路包括第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与所述第二输出端的压差大于阈值电压时所述发光电路发出光，所述第二输入端与所述第二输出端的压差小于阈值电压时所述发光电路不发出光。
作为进一步的技术方案，所述发光电路包括第一二极管，第一二极管的正极为第二输入端，第一二极管的负极为第二输出端。
在某种实施方式中，所述感光电路包括至少一个光敏二极管，当光敏二极管的数量大于一个时，所有光敏二极管依次串联，首部的光敏二极管的正极为输出端，尾部的光敏二极管的负极为输入端。
在某种实施方式中，本发明包括第一碳化硅MOSFET，所述第一碳化硅MOSFET的栅极与所述感光电路的输出端电连接，所述第一碳化硅MOSFET的源极与所述第一连接端电连接。
作为进一步的技术方案，本发明还包括第二碳化硅MOSFET，所述第二碳化硅MOSFET的栅极与所述感光电路的输出端电连接，所述第二碳化硅MOSFET的源极与所述第一连接端电连接。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明的电路结构简单，通过设置发光电路和感光电路，当发光电路发出光时，感光电路基于发光电路产生的光产生充电电流，该充电电流输入到碳化硅MOSFET的栅极进行充电，使碳化硅MOSFET栅极电压上升，当碳化硅MOSFET的栅极和源极的电压差大于其阈值电压时，碳化硅MOSFET导通，从而实现碳化硅MOSFET的导通和关断驱动。
附图说明
图1为本发明的第一种结构示意图；
图2为本发明的第二种结构示意图；
图3为本发明的第三种结构示意图；
图4为本发明的四种结构示意图；
图5为本发明的第五种结构示意图；
图6为本发明的一种实施电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，碳化硅MOSFET驱动电路，包括
发光电路1，被置于提供光源；
感光电路2，包括输出端o1和输入端I1，感光电路2接收到发光电路1发出的光时产生充电电流，充电电流从输出端o1输出，输出端o1被配置于与碳化硅MOSFE的栅极电连接；
负载电流回路3，包括第一连接端J1和第二连接端J2，第一连接端J1与碳化硅MOSFET的源极电连接，第二连接端J2与输入端I1电连接。
在实际使用时，当发光电路1发出光时，感光电路2输出的充电电流给碳化硅MOSFET的栅极充电，使碳化硅MOSFET栅极电压上升，当碳化硅MOSFET的栅极和源极的电压差大于其阈值电压时，碳化硅MOSFET导通，从而实现碳化硅MOSFET的导通和关断驱动。
如图2所示，与图1相比，图2所示的碳化硅MOSFET驱动电路多了稳压电路4，在实际使用时如果输出端o1和第一连接端J1之间的电压高于碳化硅MOSFET的阈值电压时，碳化硅MOSFET会被击穿，通过设置稳压电路4，以及让稳压电路4的击穿电压小于碳化硅MOSFET的击穿电压，这样当输出端o1和第一连接端J1之间的电压上升时，稳压电路4会先被击穿，从而保护碳化硅MOSFET。在实际使用时，稳压电路4包括稳压二极管，稳压二极管的负极与输出端o1电连接，稳压二极管的正极与第一连接端J1电连接。
如图3所示，与图2相比，图3所示的碳化硅MOSFET驱动电路多了控制开关5，控制开关5的输入极与感光电路2的输出端o1电连接，控制开关5的输出极与第一连接端J1电连接，控制开关5的控制极与第二连接端J2电连接。在实际使用时，控制开关5可以是耗尽型NMOS管，当发光电路1发光使碳化硅MOSFET导通时，控制开关5的栅源电压低于其夹断阈值电压，控制开关5处于关断状态；当发光电路1停止发光使碳化硅MOSFET关断时，控制开关5的栅源电压为零伏，高于其夹断阈值电压，此时控制开关5导通，碳化硅MOSFET通过控制开关5进行放电，从而使碳化硅MOSFET关断。
如图4所示，图4所示的碳化硅MOSFET驱动电路用于驱动一个碳化硅MOSFET即第一碳化硅MOSFET6，第一碳化硅MOSFET6用于实现单向控制，第一碳化硅MOSFET6的栅极与感光电路2的输出端o1电连接，第一碳化硅MOSFET6的源极与第一连接端J1电连接。
如图5所示，图5所示的碳化硅MOSFET驱动电路用于驱动两个碳化硅MOSFET，分别为第一碳化硅MOSFET6和第二碳化硅MOSFET7，第一碳化硅MOSFET6和第二碳化硅MOSFET7用于实现双向控制，第一碳化硅MOSFET6的栅极与感光电路2的输出端o1电连接，第一碳化硅MOSFET6的源极与第一连接端J1电连接；第二碳化硅MOSFET7的栅极与感光电路2的输出端o1电连接，第二碳化硅MOSFET7的源极与第一连接端J1电连接。
如图6所示，在图6所示的电路中：
发光电路1包括第一二极管D1，第一二极管D1的正极为第二输入端I2，第一二极管D1的负极为第二输出端o2，当第二输入端I2输入高电平电压、第二输出端o2输入低电平电压时，第一二极管D1发亮；当第二输入端I2输入低电平电压、第二输出端o2输入低电平电压时，第一二极管D1停止发亮；
感光电路2包括四十个光敏二极管，分别为光敏二极管V1、光敏二极管V2……光敏二极管V40，所有光敏二极管依次串联，首部的光敏二极管V1的正极为输出端o1，尾部的光敏二极管V40的负极为输入端I1；在实际使用时，可以根据控制需求调整光敏二极管的数量；
负载电流回路3包括电阻R1和第二二极管D2，电阻R1与第二二极管D2并联，第二二极管D2的正极为第一连接端J1，第二二极管D2的负极为第二连接端J2；
稳压电路4包括稳压二极管D3，稳压二极管D3的负极与感光电路2的输出端o1电连接，稳压二极管D3的正极与第一连接端J1电连接；
控制开关5包括NMOS管N1，NMOS管N1的漏极与感光电路2的输出端o1电连接，NMOS管N1的源极与第一连接端J1电连接，NMOS管N1的栅极与第二连接端J2电连接；
第一碳化硅MOSFET 6为NMOS管N2，第二碳化硅MOSFET为NMOS管N3。
图6中的电路在实际使用时，当第一二极管D1的正极输入高电平信号、第一二极管D1的负极输入低电平信号，第一二极管D1产生光信号；光信号照射到光敏二极管V1~V40（本发明专利以40节光敏二极管为例，但不仅限于40节）生成的电流给第一碳化硅MOSFET6的栅极和第二碳化硅MOSFET7的栅极充电，当感光电路2的输出端o1与第一连接端J1之间的电压高于碳化硅MOSFET的阈值电压后，第一碳化硅MOSFET6的栅极和第二碳化硅MOSFET7开启，第一碳化硅MOSFET6的漏极和第二碳化硅MOSFET7的漏极连通；第二二极管D2和电阻R1并联，构成电流回路；NMOS管N1的栅源电压低于其夹断阈值电压，NMOS管N1处于关断状态（零界夹断）；如果感光电路2的输出端o1与第一连接端J1之间的电压继续升高，稳压二极管D3击穿并稳压，保护碳化硅mosfet的栅氧不被击穿。
当第一二极管D1的正极输入低电平信号、第一二极管D1的负极输入低电平信号，第一二极管D1不再发出光信号；光敏二极管V1~V40不再生成电流，NMOS管N1的栅源电压等于零，高于其夹断阈值电压，所以NMOS管N1处于导通状态，第一碳化硅MOSFET6和第二碳化硅MOSFET7的栅源电压通过NMOS管N1进行放电，最终第一碳化硅MOSFET6和第二碳化硅MOSFET7关断，第一碳化硅MOSFET6的漏极和第二碳化硅MOSFET7的漏极断开。
在实际使用时通过控制NMOS管N2和NMOS管N3的导通和关断可以实现双向开/关控制。如果将图6中的NMOS管N3去掉，则通过控制NMOS管N2的导通和关断可以实现单向开/关控制。
综上，本发明的电路结构简单，所有的器件都可以通过CMOS工艺制作，成本较低，通过设置发光电路1和感光电路2，当发光电路1发出光时，感光电路2基于发光电路1产生的光产生充电电流，该充电电流输入到碳化硅MOSFET的栅极进行充电，使碳化硅MOSFET栅极电压上升，当碳化硅MOSFET的栅极和源极的电压差大于其阈值电压时，碳化硅MOSFET导通，从而实现碳化硅MOSFET的导通和关断驱动。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，包括
发光电路，被置于提供光源；
感光电路，包括输出端和输入端，所述感光电路接收到所述发光电路发出的光时产生充电电流，所述充电电流从输出端输出，所述输出端被配置于与碳化硅MOSFE的栅极电连接；
负载电流回路，包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与碳化硅MOSFET的源极电连接，所述第二连接端与所述输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端与所述感光电路的输出端电连接，所述稳压电路的输出端与所述第一连接端电连接。
3.根据权利要求2所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，所述稳压电路包括稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的负极与所述感光电路的输出端电连接，所述稳压二极管D3的正极与所述第一连接端电连接。
4.根据权利要求1或2所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关的输入极与所述感光电路的输出端电连接，所述控制开关的输出极与所述第一连接端电连接，所述控制开关的控制极与所述第二连接端电连接。
5.根据权利要求4所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，所述负载电流回路包括电阻R1和第二二极管，所述电阻R1与第二二极管并联，所述第二二极管的正极为第一连接端，所述第二二极管的负极为第二连接端。
6.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，所述发光电路包括第二输入端和第二输出端，所述第二输入端与所述第二输出端的压差大于阈值电压时所述发光电路发出光，所述第二输入端与所述第二输出端的压差小于阈值电压时所述发光电路不发出光。
7.根据权利要求6所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，所述发光电路包括第一二极管，第一二极管的正极为第二输入端，第一二极管的负极为第二输出端。
8.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，所述感光电路包括至少一个光敏二极管，当光敏二极管的数量大于一个时，所有光敏二极管依次串联，首部的光敏二极管的正极为输出端，尾部的光敏二极管的负极为输入端。
9.根据权利要求1、2、3、6、7或8所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，包括第一碳化硅MOSFET，所述第一碳化硅MOSFET的栅极与所述感光电路的输出端电连接，所述第一碳化硅MOSFET的源极与所述第一连接端电连接。
10.根据权利要求9所述的碳化硅MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括第二碳化硅MOSFET，所述第二碳化硅MOSFET的栅极与所述感光电路的输出端电连接，所述第二碳化硅MOSFET的源极与所述第一连接端电连接。
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