CN211930608U - 一种mos管缓冲电路、驱动系统及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MOS管缓冲电路、驱动系统及空调器，涉及晶体管保护技术领域。该MOS管缓冲电路包括SiC MOS管、第一缓冲模块以及第二缓冲模块，第一缓冲模块、第二缓冲模块均分别与MOS管的源极、漏极电连接，MOS管的源极接地，其中，第一缓冲模块与第二缓冲模块用于在MOS管关断瞬间蓄能，以降低MOS管的关断浪涌电压，第一缓冲模块还用于在MOS管导通时进行滤波。本实用新型提供了一种MOS管缓冲电路、驱动系统及空调器具有能够有效降低MOS管的关断浪涌电压，保护了MOS管，同时使电路更加稳定的优点。

Description

一种MOS管缓冲电路、驱动系统及空调器

技术领域

本实用新型涉及晶体管保护技术领域，具体而言，涉及一种MOS管缓冲电路、驱动系统及空调器。

背景技术

目前空调上，PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路使用Si IGBT作为开关管，但随着新材料SiC器件的发展，SiC MOSFET的应用已较为常见。SiC MOSFET与SiIGBT相比，前者具有的高耐压、低阻抗、高频性、低损耗、耐高温等特性，明显优于Si IGBT，因此SiC MOSFET代替Si IGBT，在空调上应用将成为未来的趋势。

一般地，SiC MOSFET的开关频率可以在60K以上，此时，由于SiC MOSFET器件的开关速度快、电流又比较大，主电路及驱动电路中存在杂散电感，产生很大的浪涌电压，严重的话，有可能超过额定电压而损坏器件，而过电压产生的主要因素是关断浪涌电压。

综上所述，现有技术中存在SiC MOSFET的关断浪涌电压较高的问题。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是SiC MOSFET的关断浪涌电压较高。

为解决上述问题，一方面，本实用新型提供了一种MOS管缓冲电路，所述MOS管缓冲电路包括SiC MOS管、第一缓冲模块以及第二缓冲模块，所述第一缓冲模块、所述第二缓冲模块均分别与所述MOS管的源极、漏极电连接，所述MOS管的源极接地；其中，所述第一缓冲模块与所述第二缓冲模块用于在所述MOS管关断瞬间蓄能，以降低所述MOS管的关断浪涌电压；

所述第一缓冲模块还用于在所述MOS管导通时进行滤波。

由于本申请提供的MOS管缓冲电路设置有第一缓冲模块与第二缓冲模块，因此，在MOS管关断时，能够通过第一缓冲模块与第二缓冲模块进行蓄能。由于在关断瞬间，MOS管的关断浪涌电压一部分被第一缓冲模块与第二缓冲模块吸收，因此能够有效降低MOS管的关断浪涌电压，保护了MOS管。同时，第一缓冲模块还能够在MOS管导通时滤波，因此其还能够起到使电路更加稳定的作用。

进一步地，所述第一缓冲模块与所述第二缓冲模块中均包括电容，且所述第一缓冲模块内的电容容值小于所述第二缓冲模块内的电容容值。

通过该设置方式，能够使得在MOS管关断时，主要通过第二缓冲模块进行电压缓冲，而第一缓冲模块主要用于滤波。

进一步地，所述第一缓冲模块包括第一电容与第一电阻，所述第一电容与所述第一电阻串联后的一端与所述MOS管的源极电连接，另一端与所述MOS管的漏极电连接。

进一步地，所述第一缓冲模块还包括缓冲二极管，所述缓冲二极管与所述第一电阻并联，且所述缓冲二极管的阳极与所述MOS管的漏极电连接，所述缓冲二极管的阴极与所述第一电容电连接。

通过设置缓冲二极管，使得在MOS管关断瞬间，第一缓冲模块进行蓄能时，主要通过缓冲二极管与第一电容的回路进行蓄能，进而可以更快的实现蓄能。

进一步地，所述第二缓冲模块包括第二电容，所述第二电容的一端与所述MOS管的源极电连接，所述电容的另一端与所述MOS管的漏极电连接。

第二方面，本申请实施例还提供了一种MOS管驱动系统，所述MOS管驱动系统包括驱动电路、栅极保护电路以及上述的MOS管缓冲电路，所述驱动电路与所述MOS管的栅极电连接，所述栅极保护电路分别与所述MOS管的栅极与源极电连接。

进一步地，所述栅极保护电路包括防振荡电容，所述防振荡电容的一端与所述MOS管的栅极电连接，另一端与所述MOS管的源极电连接。

进一步地，所述栅极保护电路还包括稳压管，所述稳压管的阳极与所述MOS管的源极电连接，所述稳压管的阴极与所述MOS管的栅极电连接。

进一步地，所述栅极保护电路还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述MOS管的源极电连接，另一端与所述MOS管的栅极电连接。

第三方面，本申请实施例还提供了一种空调器，所述空调器包括上述的MOS管驱动系统。

附图说明

图1为现有技术中的Si IGBT的驱动电路示意图。

图2为本申请实施例所述的MOS管缓冲电路的一种电路图。

图3为本申请实施例所述的MOS管缓冲电路的另一种电路图。

附图标记说明：

100-MOS管缓冲电路；110-MOS管；120-第一缓冲模块；130-第二缓冲模块；210-驱动电路；220-栅极保护电路；C1-第一电容；R1-第一电阻；D1-缓冲二极管；C2-第二电容；L1-电感；D2-防回流二极管；E1-蓄电电容。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

正如背景技术中所述，现有技术中，SiC MOSFET由于具有高耐压、低阻抗、高频性、低损耗、耐高温等特性，明显优于Si IGBT，因此SiC MOSFET代替Si IGBT，在空调上应用将成为未来的趋势。

相对于传统的Si IGBT，SiC MOSFET可以做到很高的开关频率，一般地，Si IGBT因电导率调制，有严重的拖尾电流，开关损耗大，频率最高50K；而SiC MOSFET无电导率调制，拖尾电流，损耗小，因此开关频率可达60K以上。但是，当SiC MOSFET的开关频率达到60K以上时，由于SiC MOSFET器件的开关速度快、电流又比较大，主电路及驱动电路中存在杂散电感，进而会产生很大的浪涌电压，严重的话，有可能超过额定电压而损坏器件。过电压产生的主要因素是关断浪涌电压，所以必须在电路中设置合适的缓冲电路，以防止电路中产生较大的关断浪涌电压。

但是，由于原Si IGBT开关频率不高，关断时间比SiC MOSFET要长，浪涌电压较小，原Si IGBT集电极一般不设计缓冲电路或者设计普通的缓冲电路，原Si IGBT开关的驱动电路如附图1所示，由图示可知，其并未设置相应的缓冲电路。

有鉴于此，本申请提供的一种MOS管缓冲电路，能够与SiC MOSFET适配，并且使SiCMOSFET开通过程中器件的电流上升速度及关断过程中器件两端的电压上升速度减缓，限制器件关断时的最高电压，改善开关环境，进而保护SiC MOSFET。

下面对本申请提供的MOS管缓冲电路进行示例性说明：

作为一种可选的实现方式，请参阅图2，本申请提供的MOS管缓冲电路100包括SiCMOS管110、第一缓冲模块120以及第二缓冲模块130，第一缓冲模块120、第二缓冲模块130均分别与MOS管110的源极、漏极电连接，MOS管110的源极接地。其中，第一缓冲模块120与第二缓冲模块130用于在MOS管110关断瞬间蓄能，以降低MOS管110的关断浪涌电压，第一缓冲模块120还用于在MOS管110导通时进行滤波。

一方面，通过设置第一缓冲模块120与第二缓冲模块130，能够在MOS管110关断时，通过第一缓冲模块120与第二缓冲模块130进行蓄能，缓冲了MOS管110的源极、漏极两端的能量，进而降低或消除MOS管110的关断浪涌电压。另一方面，由于在MOS管110的开关频率在60K以上时，过高的瞬时电压与瞬时电流对EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)的影响非常大，进而导致电路运行过程中，产生较大的噪声。因此，本申请提供的第一缓冲电路不仅能够起到电压缓冲作用，同时还能起到滤波的作用，进而去除噪声干扰，使电路的运行更加稳定。

需要说明的是，由于第一缓冲模块120与第二缓冲模块130均能起到蓄能缓冲的作用，而电容是常见的蓄能元件，在此基础上，作为一种实现方式，第一缓冲模块120与第二缓冲模块130中均包括电容。同时，由于本申请提供的第一缓冲模块120能够起到缓冲与滤波两种功能，而在进行滤波时，EMI的产生与多种因素有关，例如器件的寄生电感L1电容，线路的杂感，功率等级、di/dt(瞬时电流)、dv/dt(瞬时电压)，因此，为了实现更好的滤波功能，第一缓冲模块120的电容需要根据实际工况设定。在此基础上，为了在实现滤波的同时不会对关断浪涌电压的缓冲造成影响，本申请主要利用第一缓冲模块120实现滤波功能，第二缓冲模块130实现缓冲关断浪涌电压的功能。

有鉴于此，本申请中，第一缓冲模块120内的电容容值小于第二缓冲模块130内的电容容值。通过该设置方式，在MOS管110关断瞬间，能量能够转移一部分至第一缓冲模块120与第二缓冲模块130的电容上，进而避免了负载电流在MOS管110关断时给器件造成的尖峰电压，保护了MOS管110。同时，由于第二缓冲模块130的电容值大于第一缓冲模块120的电容值，在MOS管110关断瞬间，电流首先流经第二缓冲模块130的电容，通过第二缓冲模块130首先对电压尖峰进行限制。

作为一种实现方式，请参阅图3，第一缓冲模块120包括第一电容C1与第一电阻R1，第一电容C1与第一电阻R1串联后的一端与MOS管110的源极电连接，另一端与MOS管110的漏极电连接。由于MOS管110的源极接地，因此第一电容C1与第一电阻R1串联后实际也接地。

其中，第一电容C1与第一电阻R1构成RC滤波电路，进而滤除EMI产生的干扰。同时，在MOS管110关断瞬间，电流首先流过第二缓冲模块130，然后再流经第一电阻R1与第一电容C1，进而利用电容的充电功能，实现降低MOS管110漏极电压的目的。

可以理解地，由于当电压过高时，电容可能会因为过充电压的影响而导致损害，因此，通过设置第一缓冲模块120内的电容容值小于第二缓冲模块130内的电容容值，可实现电流先经过第二缓冲模块130，进而使流过第一电阻R1的电压不会过高，起到了保护第一电阻R1的目的。

同时，由于第一电阻R1的存在，使得当电流流经第一缓冲模块120时，首先流过第一电阻R1，然后再流至电容进行蓄能。由于电流无法直接流至电容，而是需要经过电阻的损耗，再流至电容，因此，对于第一缓冲模块120而言，其蓄能过程较慢，不利于MOS管110漏极处电能的泄放。

有鉴于此，作为一种实现方式，本申请提供的第一缓冲模块120还包括缓冲二极管D1，缓冲二极管D1与第一电阻R1并联，且缓冲二极管D1的阳极与MOS管110的漏极电连接，缓冲二极管D1的阴极与第一电容C1电连接。通过设置缓冲二极管D1，能够使得在通过第一缓冲模块120进行蓄能时，可以通过缓冲二极管D1与电容的回路进行蓄能，其蓄能更快，进而对MOS管110漏极处的电压缓冲效果更加明显，确保了MOS管110的可靠工作，避免因电压尖峰造成击穿。

当MOS管110重新导通时，第一电容C1的储能通过第一电阻R1与MOS管110进行放电。换言之，在第一缓冲模块120中，可通过缓冲二极管D1、第一电容C1的回路进行充电；还可通过第一电容C1、第一电阻R1以及MOS管110形成的回路进行放电。

同时，为了充放电能够更加迅速，保证始终能够对MOS管110的漏极电压起到缓冲的作用，本申请中第二缓冲模块130仅包括第二电容C2，第二电容C2的一端与MOS管110的源极电连接，电容的另一端与MOS管110的漏极电连接。

可以理解地，本申请所述的第二缓冲模块130的电容容值大于第一缓冲模块120的电容容值，指第二电容C2的容值大于第一电容C1的容值。一方面，通过第一电容C1与第二电容C2的充放电，能够对MOS管110的关断浪涌电压起到一定的缓冲作用。另一方面，通过设置第二电容C2大于第一电容C1的方式，能够实现主要通过第二电容C2的充放电实现对关断浪涌电压的缓冲，进而实现在理论计算的基础上，通过灵活调节第一电容C1、第二电容C2以及第一电阻R1的值，起到更好的滤波作用，改善EMI品质的效果。

其中，当MOS管110重新导通后，第二电容C2直接通过MOS管110将电量的泄放至地，最后可实现第一电容C1与第二电容C2两端的电压降低为直流母线电压的效果，充放电过程迅速，更好的起到关断浪涌电压缓冲的作用。

综上，本申请提供的缓冲电路的工作原理为：

当MOS管110关断时，MOS管110漏极产生的关断浪涌电压首先流经第二电容C2，通过第二电容C2的充电作用消耗一部分能量，然后会通过缓冲二极管D1与第一电容C1的回路流经第一电容C1，通过第一电容C1的充电作用消耗一部分能量，使得MOS管110漏极处的关断浪涌电压降低或者消除，进而保护了MOS管110。同时，当MOS管110重新导通时，第二电容C2上的储能先经过MOS管110放电，稍微延缓之后，第一电容C1上的储能通过第一电阻R1和MOS管110放电，最后使第一电容C1与第二电容C2两端的电压降低为直流母线电压。

第二实施例

在第一实施例的基础上，本申请还提供了一种MOS管驱动系统，该MOS管驱动系统包括驱动电路210、栅极保护电路220以及第一实施例的MOS管缓冲电路100，驱动电路210与MOS管110的栅极电连接，栅极保护电路220分别与MOS管110的栅极与源极电连接。

其中，驱动电路210用于驱动MOS管110处于导通或关断状态，作为一种实现方式，驱动电路210可以为一驱动芯片，通过驱动芯片实现对于的MOS管110的驱动。例如，当驱动芯片与MOS管110连接的引脚输出高电平时，MOS导通；当驱动芯片与MOS管110连接的引脚输出低电平时，MOS关断。

栅极保护电路220用于防止MOS管110的栅极电压过高，进而起到防止MOS管110击穿或误导通的效果。

作为一种实现方式，栅极保护电路220包括防振荡电容，防振荡电容的一端与MOS管110的栅极电连接，另一端与MOS管110的源极电连接。通过在栅极与源极之间连接防振荡电容，实际为增大了MOS管110的栅极与源极之间的等效电容，进而使得MOS管110的栅极对位移电流的吸收能力增强，减少了电流振荡，不易出现击穿或误导通的情况。

由于MOS管110的栅极与源极之间的等效电阻值较大，因此只要有少量的静电就能使其等效电容两端产生很高的电压，如果不及时把这些少量的静电泄放掉，MOS管110两端的高压就有可能使场效应管产生误动作，甚至有可能击穿MOS管110。

有鉴于此，为了进一步保护MOS管110，该栅极保护电路220包括第二电阻，第二电阻的一端与MOS管110的源极电连接，另一端与MOS管110的栅极电连接。第二电阻能够起到泄放电阻的作用，其能够起到将栅极与源极之间的静电泄放掉的作用，从而起到了保护MOS管110的作用。

同时，为了防止MOS管110出现过压击穿的情况，本申请提供的MOS管110驱动电路210还包括稳压管，稳压管的阳极与MOS管110的源极电连接，稳压管的阴极与MOS管110的栅极电连接，稳压管能够起到稳定MOS管110的源极与栅极之间电压的作用。

第三实施例

在第二实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种升压电路，该升压电路包括电感L1、防回流二极管D2、蓄电电容E1以及第二实施例所述的MOS管驱动系统，电感L1的一端用于连接电源，电感L1的另一端分别与MOS管110的漏极、防回流二极管D2的阳极电连接，二极管的阴极与蓄电电容E1的一端电连接，蓄电电容E1的另一端接地，MOS管110的源极也接地。

该升压电路的工作原理为：

驱动芯片控制MOS管110不断导通与关断，且在MOS管110导通时，电感L1蓄能，在MOS管110关断时，电感L1放能，从而利用电源输出的能量与电感L1输出能量共同为蓄电电容E1充电，起到了升压的作用。防回流二极管D2用于防止当MOS管110导通时，蓄电电容E1通过的MOS管110放电。

第四实施例

基于第三实施例，本申请实施例还提供了一种空调器，该空调器包括第三实施例的升压电路。

综上所述，本实用新型提供了一种MOS管缓冲电路，MOS管缓冲电路包括SiC MOS管、第一缓冲模块以及第二缓冲模块，第一缓冲模块、第二缓冲模块均分别与MOS管的源极、漏极电连接，MOS管的源极接地，其中，第一缓冲模块与第二缓冲模块用于在MOS管关断瞬间蓄能，以降低MOS管的关断浪涌电压，第一缓冲模块还用于在MOS管导通时进行滤波。由于本申请提供的MOS管缓冲电路设置有第一缓冲模块与第二缓冲模块，因此，在MOS管关断时，能够通过第一缓冲模块与第二缓冲模块进行蓄能。并且在关断瞬间，MOS管的关断浪涌电压一部分被第一缓冲模块与第二缓冲模块吸收，因此能够有效降低MOS管的关断浪涌电压，保护了MOS管。同时，第一缓冲模块还能够在MOS管导通时滤波，因此其还能够起到使电路更加稳定的作用。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种MOS管缓冲电路，其特征在于，所述MOS管缓冲电路(100)包括SiC MOS管(110)、第一缓冲模块(120)以及第二缓冲模块(130)，所述第一缓冲模块(120)、所述第二缓冲模块(130)均分别与所述MOS管(110)的源极、漏极电连接，所述MOS管(110)的源极接地；其中，

所述第一缓冲模块(120)与所述第二缓冲模块(130)用于在所述MOS管(110)关断瞬间蓄能，以降低所述MOS管(110)的关断浪涌电压；

所述第一缓冲模块(120)还用于在所述MOS管(110)导通时进行滤波。

2.根据权利要求1所述的MOS管缓冲电路，其特征在于，所述第一缓冲模块(120)与所述第二缓冲模块(130)中均包括电容，且所述第一缓冲模块(120)内的电容容值小于所述第二缓冲模块(130)内的电容容值。

3.根据权利要求1所述的MOS管缓冲电路，其特征在于，所述第一缓冲模块(120)包括第一电容(C1)与第一电阻(R1)，所述第一电容(C1)与所述第一电阻(R1)串联后的一端与所述MOS管(110)的源极电连接，另一端与所述MOS管(110)的漏极电连接。

4.根据权利要求3所述的MOS管缓冲电路，其特征在于，所述第一缓冲模块(120)还包括缓冲二极管(D1)，所述缓冲二极管(D1)与所述第一电阻(R1)并联，且所述缓冲二极管(D1)的阳极与所述MOS管(110)的漏极电连接，所述缓冲二极管(D1)的阴极与所述第一电容(C1)电连接。

5.根据权利要求1所述的MOS管缓冲电路，其特征在于，所述第二缓冲模块(130)包括第二电容(C2)，所述第二电容(C2)的一端与所述MOS管(110)的源极电连接，所述电容的另一端与所述MOS管(110)的漏极电连接。

6.一种MOS管驱动系统，其特征在于，所述MOS管驱动系统包括驱动电路(210)、栅极保护电路(220)以及如权利要求1至5任意一项所述的MOS管缓冲电路(100)，所述驱动电路(210)与所述MOS管(110)的栅极电连接，所述栅极保护电路(220)分别与所述MOS管(110)的栅极与源极电连接。

7.根据权利要求6所述的MOS管驱动系统，其特征在于，所述栅极保护电路(220)包括防振荡电容，所述防振荡电容的一端与所述MOS管(110)的栅极电连接，另一端与所述MOS管(110)的源极电连接。

8.根据权利要求6所述的MOS管驱动系统，其特征在于，所述栅极保护电路(220)还包括稳压管，所述稳压管的阳极与所述MOS管(110)的源极电连接，所述稳压管的阴极与所述MOS管(110)的栅极电连接。

9.根据权利要求6所述的MOS管驱动系统，其特征在于，所述栅极保护电路(220)还包括第二电阻，所述第二电阻的一端与所述MOS管(110)的源极电连接，另一端与所述MOS管(110)的栅极电连接。

10.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求6-9任意一项所述的MOS管驱动系统。

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