CN115441858B - 一种SiC MOSFET短路保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SiC MOSFET短路保护方法，通过高通滤波电路采样MOSFET驱动端的电压，利用正常驱动波形与短路驱动波形的差异，实现采样电压幅值的差异。根据采样电压幅值的差异，与对应时刻的驱动信号进行逻辑处理，决定是否执行使能信号动作，在发生短路的前期完成保护动作，降低保护延迟时间。

Description

一种SiC MOSFET短路保护方法
技术领域
本发明电路的短路保护技术领域，具体涉及涉及一种SiC MOSFET短路保护方法。
背景技术
SiC MOSFET承受短路电流的能力较弱，当发生短路时需要快速进行关断以保护器件。目前保护方案中通常会利用SiC MOSFET的Vds压降进行判断，通过差分隔离采样，判断Vds电压在导通时刻的压降是否正常，如果压降超过正常范围，则会输出反馈信号，控制驱动芯片切断驱动输出，但是这种方式过程时间较长，无法在第一时间实现保护动作。
因此，提供一种利用驱动波形开通状态差异，实现采样电压幅值的差异且降低保护延迟时间的SiC MOSFET短路保护方法，已是一个值得研究的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用驱动波形开通状态差异，实现采样电压幅值的差异且降低保护延迟时间的SiC MOSFET短路保护方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种SiC MOSFET短路保护方法，包括以下步骤：步骤1：根据SiC MOSFET在正常通路的正常驱动波形和SiC MOSFET发生短路的短路驱动波形的差异，设计高通滤波电路，对驱动信号进行电压采样；步骤2：通过对比正常驱动波形和短路驱动波形，高通滤波电路的滤波电容与电阻之间的采样电压存在差异性；步骤3：利用步骤2中高通滤波电路的滤波电容与电阻之间的采样电压存在差异性，将采样电压经过数字隔离芯片送回到控制端，与控制端的驱动信号经过数字逻辑电路处理，实现对驱动芯片的使能控制。
所述步骤1中，所述正常驱动波形中，MOSFET的驱动开通阶段存在一段米勒平台时间；短路驱动波形中，MOSFET的驱动开通过程不再经过米勒平台，而是直接上升至最终电压幅值处，开通过程时间变短。
所述步骤1中的高通滤波电路包括电容C1和电阻R1，电容C1为pF级别电容，当SiC的门级端有电压变化时会迅速在电阻R1上产生电压，根据正常状态和短路状态的电压幅值不同，经过数字隔离芯片反馈给数字逻辑电路进行控制。
所述步骤3中的数字逻辑电路采用与非门和锁存器的电路实现，驱动正常时，采样电压幅值不会触发与非锁存信号，驱动芯片正常；驱动异常时，采样电压幅值触发与非锁存信号，切断驱动芯片输出，实现短路保护功能。
所述步骤2中，当为正常驱动波形时，采样电压在MOSFET的驱动开通过程中变化为上升—下降—再上升—再下降的状态，当发生短路、短路驱动波形异常时，采样电压在MOSFET的驱动开通过程中变化为上升—下降，并且上升过程采样电压达到的幅值明显高于正常波形下采样电压幅值。
积极有益效果：本发明利用驱动波形开通状态差异，实现采样电压幅值的差异。根据采样电压幅值的差异，与对应时刻的驱动信号进行逻辑判断，决定是否执行使能信号动作。这种方式可在发生短路的前期完成保护动作，降低保护延迟时间。
附图说明
图1为本发明SiC MOSFET正常情况下和发生短路时的驱动波形图；
图2为本发明SiC MOSFET短路保护的架构图；
图3为本发明SiC MOSFET正常情况下和发生短路时的驱动波形图及对应电阻R1的电压变换；
图4为本发明SiC MOSFET短路保护电路的实现电路；
图5为本发明SiC MOSFET短路保护逻辑的真值表
图6为本发明仿真实验的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种SiC MOSFET短路保护方法，包括以下步骤：
步骤1：根据SiC MOSFET在正常通路的正常驱动波形和SiC MOSFET发生短路的短路驱动波形的差异，设计高通滤波电路，对驱动信号进行电压采样；如图1所示，所述正常驱动波形中，MOSFET的驱动开通阶段存在一段米勒平台时间；短路驱动波形中，MOSFET的驱动开通过程不再经过米勒平台，而是直接上升至最终电压幅值处，开通过程时间变短；如图2和图3所示，高通滤波电路包括电容C1和电阻R1，电容C1为pF级别电容，采样MOSFET驱动端电压，由于电容存在“隔直通交”的特性，当驱动波形电压变化时，滤波电容C1与电阻R1之间会建立采样电压，当SiC的门级端有电压变化时，会迅速在电阻R1上产生电压，根据正常状态和短路状态的电压幅值不同，经过数字隔离芯片反馈给数字逻辑电路进行控制。
步骤2：通过对比正常驱动波形和短路驱动波形，高通滤波电路的滤波电容与电阻之间的采样电压存在差异性；当为正常驱动波形时，采样电压在MOSFET的驱动开通过程中变化为上升—下降—再上升—再下降的状态，当发生短路、短路驱动波形异常时，采样电压在MOSFET的驱动开通过程中变化为上升—下降，并且上升过程采样电压达到的幅值明显高于正常波形下采样电压幅值。
步骤3：利用步骤2中高通滤波电路的滤波电容与电阻之间的采样电压存在差异性，将采样电压经过数字隔离芯片送回到控制端，与控制端的驱动信号经过数字逻辑电路处理，实现对驱动芯片的使能控制。如图4和图5所示，所数字逻辑电路采用与非门和锁存器的电路实现，驱动正常时，采样电压幅值不会触发与非锁存信号，驱动芯片正常；驱动异常时，采样电压幅值触发与非锁存信号，切断驱动芯片输出，实现短路保护功能，当发生短路故障时，使能信号会置0，关闭驱动芯片的输出动作，而其他状态下使能信号置1，为正常状态。
利用仿真软件的信号发生器件，设定两种不同的驱动波形，如图6所示。设定V7用于检测驱动波形的电压变化，设定V8用于检测高通滤波器中的R1电阻的电压变化。
首先设定的正常波形如图3所示，由于正常波形会存在米勒平台时间，因此R1电阻的电压会有一段时间电压下降，当电压稳定时，电容会缓慢放电。
当SiC MOSFET发生短路时，此时的驱动波形会呈现为斜率上升，电容会持续进行充电，导致R1电阻的电压会持续上升。通过判断R1电压幅值的不同，可推断驱动波形是否正常。
本发明利用驱动波形开通状态差异，实现采样电压幅值的差异。根据采样电压幅值的差异，与对应时刻的驱动信号进行逻辑判断，决定是否执行使能信号动作。这种方式可在发生短路的前期完成保护动作，降低保护延迟时间。

Claims (1)

1.一种SiC MOSFET短路保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据SiC MOSFET在正常通路的正常驱动波形和SiC MOSFET发生短路的短路驱动波形的差异，设计高通滤波电路，对驱动信号进行电压采样；
所述步骤1中，所述正常驱动波形中，MOSFET的驱动开通阶段存在一段米勒平台时间；短路驱动波形中，MOSFET的驱动开通过程不再经过米勒平台，而是直接上升至最终电压幅值处，开通过程时间变短；
所述步骤1中的高通滤波电路包括电容C1和电阻R1，电容C1为pF级别电容，当SiC的门级端有电压变化时会迅速在电阻R1上产生电压，根据正常状态和短路状态的电压幅值不同，经过数字隔离芯片反馈给数字逻辑电路进行控制；
步骤2：通过对比正常驱动波形和短路驱动波形，高通滤波电路的滤波电容与电阻之间的采样电压存在差异性；
所述步骤2中，当为正常驱动波形时，采样电压在MOSFET的驱动开通过程中变化为上升—下降—再上升—再下降的状态，当发生短路、短路驱动波形异常时，采样电压在MOSFET的驱动开通过程中变化为上升—下降，并且上升过程采样电压达到的幅值明显高于正常波形下采样电压幅值；
步骤3：利用步骤2中高通滤波电路的滤波电容与电阻之间的采样电压存在差异性，将采样电压经过数字隔离芯片送回到控制端，与控制端的驱动信号经过数字逻辑电路处理，实现对驱动芯片的使能控制；
所述步骤3中的数字逻辑电路采用与非门和锁存器的电路实现，驱动正常时，采样电压幅值不会触发与非锁存信号，驱动芯片正常；驱动异常时，采样电压幅值触发与非锁存信号，切断驱动芯片输出，实现短路保护功能。
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