CN115313809A - 一种SiC MOSFET的驱动方法 - Google Patents

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CN115313809A CN202210975334.5A CN202210975334A CN115313809A CN 115313809 A CN115313809 A CN 115313809A CN 202210975334 A CN202210975334 A CN 202210975334A CN 115313809 A CN115313809 A CN 115313809A
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Abstract

本发明公开了一种SiC MOSFET的驱动方法，属于电力电子技术领域。该驱动方法包括：输入信号输入调制解调电路，实现电路的电气隔离，产生控制信号；控制信号输入逻辑控制电路，与短路保护电路输出的故障信号进行逻辑组合，生成驱动信号；逻辑控制电路的输出信号和SiC MOSFET的漏极输出信号输入短路保护电路，输出故障信号给逻辑控制电路；驱动信号输入功率放大电路，输出增强的驱动信号；增强驱动信号输入米勒钳位电路，对SiC MOSFET的桥臂电路开通关断产生的串扰尖峰进行抑制。本发明能够对串扰现象进行有效抑制，并且可以在突发的短路现象情况下对SiC MOSFET进行有效保护。

Description

一种SiC MOSFET的驱动方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种SiC MOSFET的驱动方法。
背景技术
近几年随着全球新能源产业的高速发展，电力电子装置在电动汽车、光伏发电、和航空航天等领域被广泛应用，对电力电子器件提出了高可靠高效率的要求。碳化硅SiC等第三代宽禁带功率器件发展迅速，因其优异的性能必将广泛受到研究人员的关注。从现阶段的器件发展水平来看，SiC材料更适用于大功率电力电子装置，比如光伏逆变和智能电网。相比于传统大功率Si IGBT，SiC MOSFET更耐高压的同时又有着Si IGBT所不具备的高开关速度。然而随着SiC MOSFET开关速度加快，桥式电路受寄生参数影响加剧，串扰现象更加严重，制约了SiC MOSFET的优越性能发挥，同时还存在可靠性不足的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种SiC MOSFET的驱动方法。能够对串扰现象进行有效抑制，并且可以在突发的短路现象情况下对SiC MOSFET进行有效保护。
为了达到以上目的，本发明提出了一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于：包含SiC MOSFET驱动电路，所述驱动电路包括调制解调电路，逻辑控制电路，功率放大电路，米勒钳位电路、短路保护电路，第一供电电源、第二供电电源和第三供电电源；
所述驱动方法包括如下步骤：
(1)产生控制信号：输入信号PWM输入所述调制解调电路，实现电路的电气隔离，产生控制信号；
(2)生成驱动信号：所述控制信号输入所述逻辑控制电路，与所述短路保护电路输出的故障信号进行逻辑组合，生成驱动信号；
(3)短路保护：所述逻辑控制电路的输出信号和SiC MOSFET的漏极输出信号输入短路保护电路，检测短路故障并输出故障信号给所述逻辑控制电路；
(4)驱动信号增强：所述驱动信号输入所述功率放大电路，用于增强所述驱动信号的驱动能力，输出增强的驱动信号；
(5)串扰抑制：所述增强驱动信号输入所述米勒钳位电路，对所述SiC MOSFET的桥臂电路开通关断产生的串扰尖峰进行抑制，控制所述SiC MOSFET的开通和关闭。
进一步的，所述调制解调电路包括：第一非门、第二非门、第三非门、第一施密特触发器、第二施密特触发器、第一脉冲变压器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第三电容，其中：
所述第一非门的输入端分别与所述输入信号输入端和所述第二电容的第一端连接，所述第一非门的输出端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二非门的输入端连接，所述第二电容的第二端分别与所述第二电阻的第一端和所述第三非门的输入端连接，所述第二非门和所述第三非门的输出端分别与所述第一脉冲变压器的第一、第二端连接，所述第一电阻和所述第二电阻的第二端均连接到输入信号的参考地；
所述第二供电电源的正极连接到所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端分别与所述第一脉冲变压器的第三端、所述第一施密特触发器的输入端连接，所述第一施密特触发器和所述第二施密特触发器串联连接，所述第二施密特触发器的输出端连接到所述逻辑控制电路的第一输入端，所述第一脉冲变压器的第四端分别与所述第四电阻的第一端和所述第三电容的第一端连接，所述第四电阻的第二端和所述第三电容的第二端均连接到所述第一供电电源的正极；
所述调制解调电路可以将输入信号进行电气隔离，通过所述第一脉冲变压器左端的调制电路，来捕捉所述输入信号的上升沿与下降沿，在捕捉到所述输入信号的上升沿时产生正的脉冲信号，在捕捉到所述输入信号的下降沿时产生负的脉冲信号，输出的正负脉冲信号经过所述第一脉冲变压器隔离传输后，通过所述第一脉冲变压器右侧的解调电路来实现所述输入信号的还原；
当所述第一脉冲变压器第三、第四端没有所述正负脉冲信号时，设置所述第三电阻和所述第四电阻的大小关系，使得所述第一施密特触发器的输入端电压处于其正负阈值之间，当所述正负脉冲信号产生于所述第一脉冲变压器第一、第二端时，使得所述第一施密特触发器输出低高电平信号，通过所述第二施密特触发器进行反向处理，实现对所述输入信号的还原，产生控制信号；
所述第一电容和所述第一电阻、所述第二电容和所述第二电阻组成的微分脉冲产生电路，其时间常数可以分别决定所述正负脉冲信号的脉冲宽度。
进一步的，所述逻辑控制电路包括：第一与门和第四非门；
所述第一与门的第一输入端连接到所述短路保护电路的输出端，其第二输入端分别和所述调制解调电路的输出端、所述第四非门的输入端连接，其输出端连接到所述功率放大电路的输入端，所述第四非门的输出端连接到所述短路保护电路的第二输入端。
进一步的，所述功率放大电路包括：第五电阻、第六电阻、第一开关管、第二开关管、第三开关管；
所述第一开关管的第二端连接到所述逻辑控制电路的第一输出端，其第一端分别与所述第五电阻的第一端、所述第二开关管和所述第三开关管的第二端连接，所述第一开关管的第三端连接到所述第一供电电源的正极，所述第五电阻的第二端连接到所述第三供电电源的正极，所述第三开关管的第一端连接到所述第三供电电源正极，其第三端分别于所述第六电阻的第一端、所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第三端连接到所述第一供电电源的正极，所述第六电阻的第二端连接到所述SiC MOSFET的栅极；
所述功率放大电路可以实现电平移位和功率放大，来提高栅极驱动能力。电路正常工作时，所述驱动信号为高电平时，所述第一开关管和所述第三开关管导通，进而向所述SiC MOSFET灌输电流，提供正向驱动电压；所述驱动信号为低电平时，所述第二开关管导通，进而从所述SiC MOSFET抽取电流，提供负向驱动电压。
进一步的，所述米勒钳位电路包括：第一比较器、第七电阻、第八电阻、第四电容和第四开关管；
所述第八电阻的第一端接到所述SiC MOSFET的栅极，所述第七电阻和所述第八电阻串联连接，所述第七电阻的第二端连接到所述第一供电电源的正极，所述第四电容与所述第七电阻并联连接，所述第一比较器的负向输入端连接到所述第八电阻的第二端，其正向输入端连接到所述功率电路的参考地，其输出端连接到所述第四开关管的第二端，所述第四开关管的第一端连接到所述SiC MOSFET的栅极，其第三端连接到所述第一供电电源的正极；
所述米勒钳位电路，当检测到所述第一比较器的负向输入端电压小于所述功率电路参考零电位时，使得所述第四开关管导通，将所述SiC MOSFET的栅极电压钳位在所述第一供电电源电压处，直至正向驱动电压信号到来，使得所述第四开关管关断。
进一步的，所述短路保护电路包括：第二比较器、第五开关管、第五电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻；
所述第一二极管、所述第二二极管、所述第十电阻及所述第九电阻串联连接，所述第一二极管的阴极连接到所述SiC MOSFET的漏极，所述第九电阻的第二端连接到所述第三供电电源正极，所述第五开关管的第二端连接到所述逻辑控制电路的第二输出端，其第三端和所述第五电容的第二端、所述第三二极管的阳极连接到所述第一供电电源的正极，其第一端和所示第五电容的第一端、所述第三二极管的阴极、所述第二比较器的负向输入端连接到所述第九电阻和所述十电阻的中点，所述第十一电阻和所述第十二电阻串联连接，所述第十二电阻的第一端连接到所述第三供电电源的正极，所述第十一电阻的第二端连接到所述第一供电电源的正极，所述第二比较器的正向输入端连接到所述第十一电阻和所述第十二电阻的中点，其输出端分别与所述第十三电阻的第一端和所述逻辑驱动电路的第二输入端连接，所述第十三电阻的第二端连接到所述第二供电电源的正极；
所述短路保护电路用于检测短路故障并输出故障信号，以关闭驱动信号，当所述控制信号为低电平信号时，所述第五开关开通，所述第二比较器的负向输入端的输入电压钳位于所述第一供电电源电压处，所述第五电容进行放电，经过所述逻辑控制电路，使得所述驱动信号仍为低电平信号；当所述控制信号为高电平信号时，所述第五开关关闭，所述SiC MOSFET在正常工作的情况下导通，所述第三供电电源、所述第九电阻、所述第十电阻、所述第一二极管、所述第二二极管和所述SiC MOSFET构成闭合回路，若当发生短路情况，所述第二比较器的负向输入端电压大于其正向输入端的参考电压，产生所述故障信号，使得所述驱动信号关闭；
在所述短路保护电路中，所述第一二极管在所述控制信号为低电平信号时，由于所述SiC MOSFET的漏极存在高压，起到反向阻断保护电路的作用，所述第三二极管在短路的情况下，防止所述第二比较器的反向输入端电压过高，起到保护作用。
进一步的，所述第一二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管，所述第二二极管和所述第三二极管为齐纳二极管，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第四开关管、所述第五开关管均为N沟道MOSFET，所述第三开关管为P沟道MOSFET。
进一步的，所述第一脉冲变压器的第三、第四端右侧电路中所有逻辑器件的供电电源电压均以所述第一供电电源电压作为参考。
进一步的，所述第一供电电源电压值相对于所述功率电路的输入电源负极是负值电压。
进一步的，所述第一供电电源、所述第二供电电源和所述第三供电电源的负极连接到功率电路的参考地。
本发明的有益效果：
本发明采用的窄脉冲调制，可以减小变压器的尺寸，本发明还具有米勒钳位保护，在正向串扰前、负向串扰后一直钳位于关断负压处，还可以提供短路保护功能，提高了系统可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一种SiC MOSFET的驱动方法的结构框图；
图2为本发明实施例SiC MOSFET的驱动电路原理图。
其中：1、调制解调电路，2、逻辑控制电路，3、功率放大电路，4、米勒钳位电路，5、和短路保护电路；01、第一非门，02、第二非门，03、第三非门，04、第一施密特触发器，05、第二施密特触发器，06、第一与门，07、第四非门，08、第一比较器，09、第二比较器，R1、第一电阻，R2、第二电阻，R3、第三电阻，R4、第四电阻，R5、第五电阻，R6、第六电阻，R7、第七电阻，R8、第八电阻，R9、第九电阻，R10、第十电阻，R11、第十一电阻，R12、第十二电阻，R13、第十三电阻，C1、第一电容，C2、第二电容，C3、第三电容，C4、第四电容，C5、第五电容，S1、第一开关管，S2、第二开关管，S3、第三开关管，S4、第四开关管，S5、第五开关管，D1、第一二极管，D2、第二二极管，D3、第三二极管，U1、第一供电电源，U2、第二供电电源，U3、第三供电电源。
具体实施方式
下面详细描述本实施例，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。
下面参考附图描述本实施例一种SiC MOSFET的驱动方法。
如图1所示，给出了该驱动方法的结构框图。
驱动电路分别与输入信号输入端和功率电路连接，驱动电路包括：调制解调电路1、逻辑控制电路2、功率放大电路3、米勒钳位电路4和短路保护电路5。
本发明实施例一种SiC MOSFET的驱动方法，包括如下步骤：
S101、产生控制信号：输入信号PWM输入所述调制解调电路，实现电路的电气隔离，产生控制信号；
具体的，如图2所示，调制解调电路1包括：第一非门01、第二非门02、第三非门03、第一施密特触发器04、第二施密特触发器05、第一脉冲变压器T1、第一供电电源U1、第二供电电源U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，其中，
第一非门01的输入端分别与输入信号输入端和第二电容C2的第一端连接，其输出端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端分别与第一电阻R1的第一端和第二非门02的输入端连接，第二电容C2的第二端分别与第二电阻R2的第一端和第三非门03的输入端连接，第二非门02和第三非门03的输出端分别与第一脉冲变压器T1的第一、第二端连接，第一电阻R1和第二电阻R2的第二端均连接到输入信号的参考地GND1；
第二供电电源U2的正极连接到第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端分别与第一脉冲变压器T1的第三端、第一施密特触发器04的输入端连接，第一施密特触发器04和第二施密特触发器05串联连接，第二施密特触发器05的输出端连接到逻辑控制电路2的第一输入端，第一脉冲变压器T1的第四端分别与第四电阻R4的第一端和第三电容C3的第一端连接，第四电阻R4的第二端和第三电容C3的第二端均连接到第一供电电源U1的正极，第一供电电源U1和第二供电电源U2的负极连接到功率电路的参考地GND2；
调制解调电路1可以将输入PWM信号进行电气隔离，通过第一脉冲变压器T1左端的调制电路，来捕捉输入PWM信号的上升沿与下降沿，在捕捉到输入PWM信号的上升沿时产生正的脉冲信号，在捕捉到输入PWM信号的下降沿时产生负的脉冲信号，输出的正负脉冲信号经过第一脉冲变压器T1隔离传输后，通过第一脉冲变压器T1右侧的解调电路来实现所述输入PWM信号的还原；
当第一脉冲变压器T1第三、第四端没有正负脉冲信号时，设置第三电阻R3和第四电阻R4的大小关系，使得第一施密特触发器04的输入端电压处于其正负阈值之间，当正负脉冲信号产生于第一脉冲变压器T1第一、第二端时，使得第一施密特触发器04输出低高电平信号，通过第二施密特触发器05进行反向处理，实现对输入PWM信号的还原，产生控制信号；
第一电容C1和第一电阻R1、第一电容C2和第二电阻R2组成的微分脉冲产生电路，其时间常数可以分别决定正负脉冲信号的脉冲宽度。
S102、生成驱动信号：所述控制信号输入所述逻辑控制电路，与所述短路保护电路输出的故障信号进行逻辑组合，生成驱动信号；
具体的，如图2所示，逻辑控制电路2包括：第一与门06和第四非门07，其中：
第一与门06的第一输入端连接到短路保护电路5的输出端，其第二输入端分别和调制解调电路1的输出端、第四非门07的输入端连接，其输出端连接到功率放大电路3的输入端，第四非门07的输出端连接到短路保护电路5的第二输入端；
逻辑控制电路2可以将控制信号Upulse与故障信号Ufault进行逻辑组合，生成驱动信号。
S103、短路保护：所述逻辑控制电路的输出信号和SiC MOSFET的漏极输出信号输入短路保护电路，检测短路故障并输出故障信号给所述逻辑控制电路；
具体的，如图2所示，短路保护电路5包括：第二比较器09、第五开关管S5、第五电容C5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第一供电电源U1、第二供电电源U2和第三供电电源U3，其中，
第一二极管D1、第二二极管D2、第九电阻R9和第十电阻R10串联连接，第一二极管D1的阴极连接到SiC MOSFET的漏极，第九电阻R9的第二端连接到第三供电电源U3正极，第五开关管S5的第二端连接到逻辑控制电路2的第二输出端，其第三端分别和第五电容C5的第二端、第三二极管D3的阳极连接到第一供电电源U1的正极，其第一端分别和第五电容C5的第一端、第三二极管D3的阴极、第二比较器09的负向输入端连接到第九电阻R9和第十电阻R10的中点，第十一电阻R11和第十二电阻R12串联连接，第十二电阻R12的第一端连接到第三供电电源U3的正极，第十一电阻R11的第二端连接到第一供电电源U1的正极，第二比较器09的正向输入端连接到第十一电阻R11和第十二电阻R12的中点，其输出端分别与第十三电阻R13的第一端和逻辑驱动电路2的第二输入端连接，第十三电阻R13的第二端连接到第二供电电源U2的正极；
短路保护电路5用于检测短路故障并输出故障信号Ufault，以关闭驱动信号，当控制信号Upulse为低电平信号时，第五开关管S5导通，第二比较器09的负向输入端的输入电压钳位于第一供电电源U1电压处，第五电容C5进行放电，经过逻辑控制电路2，使得驱动信号仍为低电平信号；当控制信号Upulse为高电平信号时，第五开关管S5关断，SiC MOSFET在正常工作的情况下导通，第三供电电源U3、第九电阻R9、第十电阻R10、第一二极管D1、第二二极管D2和SiC MOSFET构成闭合回路，若当发生短路情况，第二比较器09的负向输入端电压大于其正向输入端的参考电压Uref，产生故障信号Ufault，使得驱动信号关闭；
在短路保护电路5中，第一二极管D1在控制信号Upulse为低电平信号时，由于SiCMOSFET的漏极存在高压，起到反向阻断保护电路的作用，第三二极管D3在短路的情况下，防止第二比较器09的反向输入端电压过高，起到保护作用。
如图2所示，在本发明一实施例中，可选的，第一二极管D1为碳化硅二极管或快恢复二极管，第二二极管D2和第三二极管D3为齐纳二极管，第一开关管S1、第二开关管S2、第四开关管S4和第五开关管S5均为N沟道MOSFET，第三开关管S3为P沟道MOSFET。
S103、驱动信号增强：所述驱动信号输入所述功率放大电路，用于增强所述驱动信号的驱动能力，输出增强的驱动信号；
具体的，如图2所示，功率放大电路3包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第一供电电源U1和第三供电电源U3，其中：
第一开关管S1的第二端连接到逻辑控制电路2的第一输出端，其第一端分别与第五电阻R5的第一端、第一开关管S1和第二开关管S2的第二端连接，第一开关管S1的第三端连接到第一供电电源U1的正极，第五电阻R5的第二端连接到第三供电电源U3的正极，第三开关管S3的第一端连接到第三供电电源U3正极，其第三端分别于第六电阻R6的第一端、第二开关管S2的第一端连接，第二开关管S2的第三端连接到第一供电电源U1的正极，第六电阻R6的第二端连接到SiC MOSFET的栅极；
功率放大电路3可以实现电平移位和功率放大，来提高栅极驱动能力。电路正常工作时，驱动信号为高电平时，第一开关管S1和第三开关管S3导通，进而向SiC MOSFET灌输电流，提供正向驱动电压；驱动信号为低电平时，第二开关管S2导通，进而从SiC MOSFET抽取电流，提供负向驱动电压。
S105、串扰抑制：所述增强驱动信号输入所述米勒钳位电路，对所述SiC MOSFET的桥臂电路开通关断产生的串扰尖峰进行抑制，控制所述SiC MOSFET的开通和关闭。
具体的，如图2所示，米勒钳位电路4包括：第一比较器08、第七电阻R7、第八电阻R8、第四电容C4、第四开关管S4和第一供电电源U1，其中，
第八电阻R8的第一端接到SiC MOSFET的栅极，第七电阻R7和第八电阻R8串联连接，第七电阻R7的第二端连接到第一供电电源U1的正极，第四电容C4与第七电阻R7并联连接，第一比较器08的负向输入端连接到第八电阻R8的第二端，其正向输入端连接到功率电路的参考地GND2，其输出端连接到第四开关管S4的第二端，第四开关管S4的第一端连接到SiCMOSFET的栅极，其第三端连接到第一供电电源U1的正极；
米勒钳位电路4能对桥臂电路的串扰问题进行有效抑制，当检测到第一比较器08的负向输入端电压大小小于功率电路参考参考零电位GND2时，使得第四开关管S4导通，将SiC MOSFET的栅极电压钳位在第一供电电源U1电压处，直至正向驱动电压信号到来，使得第四开关管S4关断。
可选的，第一脉冲变压器T1右侧电路中所有逻辑器件的参考地均以第一供电电源U1的电压作为参考，第一供电电源U1的电压值相对于功率电路的输入电源负极GND2是负值电压。
该驱动电路，也可以应用于伏地型驱动电路，需要将GND2及以GND2作为参考的电压，均替换为相对应SiC MOSFET的源极电压及以其作为参考的电压。
下面结合图2介绍本实施例的工作原理。
当输入PWM信号恒为低电平信号时，第三非门03的输入端为低电平信号，其输出为高电平信号，第一非门01的输出为高电平信号，因此第一电阻R1两端电压为零，所以第二非门02的输出也是高电平信号，第一变压器T1两端电压为零；
当输入PWM信号由低电平信号切换到高电平信号时间内，第二电阻R2一端电压信号为高电平信号，所以第三非门03的输出端为低电平信号，第一非门01的输出变化为低电平信号，第一电阻R1两端电压保持为零，所以第二非门02的输出也是高电平信号，因此，第一变压器T1两端电压信号为高电平信号；
当输入PWM信号恒为高电平信号时，第二非门02的输出恒是高电平信号，第二电阻R2一端电压信号变化为低电平信号，所以第三非门03的输出端为高电平信号，因此，第一变压器T1两端电压为零；
当输入PWM信号由高电平信号切换到低电平信号时间内，第二电阻R2一端电压信号保持低电平信号，第三非门03的输出端为高电平信号，第一非门01的输出信号变化为高电平信号，因此第一电阻R1两端电压信号变化为高电平信号，所以第二非门02的输出是低电平信号，第一变压器T1两端电压信号为低电平信号；
在这里要求，第一电阻R1和第一电容C1、第二电阻R2和第二电容C2组成的微分电路的时间常数要小于输入PWM信号周期的一半，由此，在第一变压器T1的左侧就可以捕捉到输入PWM信号的上升沿和下降沿信号；
当第一脉冲变压器T1左侧没有产生正负脉冲信号时，设置第三电阻R3和第四电阻R4的大小关系，使得第一施密特触发器04的输入端电压处于其正负阈值之间，此时第一脉冲变压器T1副边电压Us满足下述公式(1)：
Figure BDA0003798091780000161
当正负脉冲信号产生于第一脉冲变压器T1两端时，使得第一施密特触发器04输出低电平或高电平信号，其中第一脉冲变压器T1的变比关系为n：1，第一脉冲变压器T1原边电压Up，第一施密特触发器04的正负阈值电压分别为U-和U+满足下述公式(2)和公式(3)：
Figure BDA0003798091780000162
Figure BDA0003798091780000163
通过第二施密特触发器05进行信号反向处理，实现对输入PWM信号的还原，产生控制信号Upulse，其中，当第一脉冲变压器T1副边电压Us低于U-时，第一施密特触发器04输出为高电平信号，当第一脉冲变压器T1副边电压Us高于U+时，第一施密特触发器04输出为低电平信号。
当控制信号Upulse为低电平信号时，第四非门07的输出为高电平信号，使得第五开关管S5导通，第五电容C5进行放电，使得第二比较器09的负向输入端电压为U1，小于其正向输入端电压Uref，因此输出的故障信号Ufault为高电平信号，其电压幅值为U2，经过第一与门06做逻辑与运算，所以负向驱动电压正常输出，使得第二开关管S2导通，U1直接接到SiCMOSFET得栅极，对栅源电容Cgs进行放电，使得SiC MOSFET得以关断，当检测到第一比较器08的负向输入端电压低于GND2时，使第四开关管S4导通，在正向串扰之前，负向串扰之后，始终钳位于U1处，对于桥臂电路而言。
当控制信号Upulse为高电平信号时，第五开关管S5关断，此时第三供电电源U3、第九电阻R9、第十电阻R10、第二二极管D2和第一二极管D1与SiC MOSFET组成闭合回路，第二比较器09的负向输入端的电压为第十电阻R10、第二二极管D2和第一二极管D1与SiC MOSFET的压降之和，在正常工作的情况下满足下述公式(4)：
uR10+uD2+uD1+uds≤Uref (4)
则其电压幅值为U2，经过第一与门06做逻辑与运算，所以正向驱动电压正常输出；若当发生短路保护，则SiC MOSFET的压降变大，第二比较器09的负向输入端的电压大于其正向输入端电压Uref，受到第三二极管D3的钳位保护，在短路情况下满足下述公式(5)：
uR10+uD2+uD1+uds＝uD3+U1≥Uref (5)
其中，uR10为第十电阻R10两端电压，uD1为第一二极管D1的导通压降，uD2为第二二极管D2两端电压，uD3为第三二极管D3两端电压，uds为SiC MOSFET的漏源导通压降。
此时第二比较器09输出为低电平信号，经过第一与门06做逻辑与运算，使正向驱动电压变化为负向驱动电压，而后过程同控制信号Upulse为低电平信号时；故当第一与门06输出正向驱动电压时，使得第一开关管S1、第三开关管S3导通，U3直接接到SiC MOSFET得栅极，对栅源电容Cgs进行冲电，，当检测到第一比较器08的负向输入端电压高于GND2时，使第四开关S4关断，使得SiC MOSFET正常开通。
为减少驱动电路中的电源，设置第二比较器09的供电正压为U3，其余逻辑器件的供电正压均为U2，所有的逻辑器件的供电负压均为U1。
综上所述，本发明的一种SiC MOSFET的驱动方法，采用窄脉冲调制方式能够有效减小隔离变压器尺寸，具有米勒钳位功能对串扰现象进行有效抑制，并且该电路可以在突发的短路现象情况下对SiC MOSFET进行有效保护，提高了系统可靠性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于：包含SiC MOSFET驱动电路，所述驱动电路包括调制解调电路，逻辑控制电路，功率放大电路，米勒钳位电路、短路保护电路，第一供电电源、第二供电电源和第三供电电源；
所述驱动方法包括如下步骤：
(1)产生控制信号：输入信号PWM输入所述调制解调电路，实现电路的电气隔离，产生控制信号；
(2)生成驱动信号：所述控制信号输入所述逻辑控制电路，与所述短路保护电路输出的故障信号进行逻辑组合，生成驱动信号；
(3)短路保护：所述逻辑控制电路的输出信号和SiC MOSFET的漏极输出信号输入短路保护电路，检测短路故障并输出故障信号给所述逻辑控制电路；
(4)驱动信号增强：所述驱动信号输入所述功率放大电路，用于增强所述驱动信号的驱动能力，输出增强的驱动信号；
(5)串扰抑制：所述增强驱动信号输入所述米勒钳位电路，对所述SiC MOSFET的桥臂电路开通关断产生的串扰尖峰进行抑制，控制所述SiC MOSFET的开通和关闭。
2.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于，所述调制解调电路包括：第一非门、第二非门、第三非门、第一施密特触发器、第二施密特触发器、第一脉冲变压器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和第三电容，其中，
所述第一非门的输入端分别与所述输入信号输入端和所述第二电容的第一端连接，所述第一非门的输出端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一电阻的第一端和所述第二非门的输入端连接，所述第二电容的第二端分别与所述第二电阻的第一端和所述第三非门的输入端连接，所述第二非门和所述第三非门的输出端分别与所述第一脉冲变压器的第一、第二端连接，所述第一电阻和所述第二电阻的第二端均连接到所述输入信号的参考地；
所述第二供电电源的正极连接到所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端分别与所述第一脉冲变压器的第三端、所述第一施密特触发器的输入端连接，所述第一施密特触发器和所述第二施密特触发器串联连接，所述第二施密特触发器的输出端连接到所述逻辑控制电路的第一输入端，所述第一脉冲变压器的第四端分别与所述第四电阻的第一端和所述第三电容的第一端连接，所述第四电阻的第二端和所述第三电容的第二端均连接到所述第一供电电源的正极；
所述第一非门、所述第二非门和所述第三非门采用独立的电源供电；
所述调制解调电路可以将所述输入信号进行电气隔离，通过所述第一脉冲变压器左端的调制电路，来捕捉所述输入信号的上升沿与下降沿，在捕捉到所述输入信号的上升沿时产生正的脉冲信号，在捕捉到所述输入信号的下降沿时产生负的脉冲信号，输出的正负脉冲信号经过所述第一脉冲变压器隔离传输后，通过所述第一脉冲变压器右侧的解调电路来实现所述输入信号的还原；
当所述第一脉冲变压器第三、第四端没有所述正负脉冲信号时，设置所述第三电阻和所述第四电阻的大小关系，使得所述第一施密特触发器的输入端电压处于其正负阈值之间，当所述正负脉冲信号产生于所述第一脉冲变压器第一、第二端时，使得所述第一施密特触发器输出低高电平信号，通过所述第二施密特触发器进行反向处理，实现对所述输入信号的还原，产生控制信号；
所述第一电容和所述第一电阻、所述第二电容和所述第二电阻组成的微分脉冲产生电路，其时间常数可以分别决定所述正负脉冲信号的脉冲宽度。
3.根据权利要求2所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于：所述第一脉冲变压器的第三、第四端右侧电路中所有逻辑器件的参考地均以所述第一供电电源电压作为参考。
4.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于，所述逻辑控制电路包括：第一与门和第四非门；
所述第一与门的第一输入端连接到所述短路保护电路的输出端，其第二输入端分别和所述调制解调电路的输出端、所述第四非门的输入端连接，其输出端连接到所述功率放大电路的输入端，所述第四非门的输出端连接到所述短路保护电路的第二输入端。
5.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于，所述功率放大电路包括：第五电阻、第六电阻、第一开关管、第二开关管、第三开关管；
所述第一开关管的第二端连接到所述逻辑控制电路的第一输出端，其第一端分别与所述第五电阻的第一端、所述第二开关管和所述第三开关管的第二端连接，所述第一开关管的第三端连接到所述第一供电电源的正极，所述第五电阻的第二端连接到所述第三供电电源的正极，所述第三开关管的第一端连接到所述第三供电电源正极，其第三端分别于所述第六电阻的第一端和所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第三端连接到所述第一供电电源的正极，所述第六电阻的第二端连接到所述SiC MOSFET的栅极；
所述功率放大电路可以实现电平移位和功率放大，来提高栅极驱动能力。电路正常工作时，所述驱动信号为高电平时，所述第一开关管和所述第三开关管导通，进而向所述SiCMOSFET灌输电流，提供正向驱动电压；所述驱动信号为低电平时，所述第二开关管导通，进而从所述SiC MOSFET抽取电流，提供负向驱动电压。
6.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于，所述米勒钳位电路包括：第一比较器、第七电阻、第八电阻、第四电容和第四开关管；
所述第八电阻的第一端接到所述SiC MOSFET的栅极，所述第七电阻和所述第八电阻串联连接，所述第七电阻的第二端连接到所述第一供电电源的正极，所述第四电容与所述第七电阻并联连接，所述第一比较器的负向输入端连接到所述第八电阻的第二端，其正向输入端连接到所述功率电路的参考地，其输出端连接到所述第四开关管的第二端，所述第四开关管的第一端连接到所述SiCMOSFET的栅极，其第三端连接到所述第一供电电源的正极；
所述米勒钳位电路，当检测到所述第一比较器的负向输入端电压小于所述功率电路参考零电位时，使得所述第四开关管导通，将所述SiC MOSFET的栅极电压钳位在所述第一供电电源电压处，直至正向驱动电压信号到来，使得所述第四开关管关断。
7.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于，所述短路保护电路包括：第二比较器、第五开关管、第五电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻；
所述第一二极管、所述第二二极管、所述第十电阻及所述第九电阻串联连接，所述第一二极管的阴极连接到所述SiC MOSFET的漏极，所述第九电阻的第二端连接到所述第三供电电源正极，所述第五开关管的第二端连接到所述逻辑控制电路的第二输出端，其第三端和所述第五电容的第二端、所述第三二极管的阳极连接到所述第一供电电源的正极，其第一端和所示第五电容的第一端、所述第三二极管的阴极、所述第二比较器的负向输入端连接到所述第九电阻和所述十电阻的中点，所述第十一电阻和所述第十二电阻串联连接，所述第十二电阻的第一端连接到所述第三供电电源的正极，所述第十一电阻的第二端连接到所述第一供电电源的正极，所述第二比较器的正向输入端连接到所述第十一电阻和所述第十二电阻的中点，其输出端分别与所述第十三电阻的第一端和所述逻辑驱动电路的第二输入端连接，所述第十三电阻的第二端连接到所述第二供电电源的正极；
所述短路保护电路用于检测短路故障并输出故障信号，以关闭驱动信号，
当所述控制信号为低电平信号时，所述第五开关开通，所述第二比较器的负向输入端的输入电压钳位于所述第一供电电源电压处，所述第五电容进行放电，经过所述逻辑控制电路，使得所述驱动信号仍为低电平信号；当所述控制信号为高电平信号时，所述第五开关关闭，所述SiC MOSFET在正常工作的情况下导通，所述第三供电电源、所述第九电阻、所述第十电阻、所述第一二极管、所述第二二极管和所述SiC MOSFET构成闭合回路，若当发生短路情况，所述第二比较器的负向输入端电压大于其正向输入端的参考电压，产生所述故障信号，使得所述驱动信号关闭；
在所述短路保护电路中，所述第一二极管在所述控制信号为低电平信号时，由于所述SiC MOSFET的漏极存在高压，起到反向阻断保护电路的作用，所述第三二极管在短路的情况下，防止所述第二比较器的反向输入端电压过高，起到保护作用。
8.根据权利要求7所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于，所述第一二极管为碳化硅二极管或快恢复二极管，所述第二二极管和所述第三二极管为齐纳二极管，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第四开关管、所述第五开关管均为N沟道MOSFET，所述第三开关管为P沟道MOSFET。
9.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于：所述第一供电电源电压值相对于所述功率电路的输入电源负极是负值电压，所述第二供电电源和所述第三供电电源电压值相对于所述功率电路的输入电源负极是正值电压。
10.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET的驱动方法，其特征在于：所述第一供电电源、所述第二供电电源和所述第三供电电源的负极连接到功率电路的参考地。
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