CN220896521U - SiC MOSFET驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请技术方案提供一种SiC MOSFET驱动电路，包括：输出侧逻辑控制模块，用于输出n路同向端控制电压和m路反向端控制电压，n、m≥1；阶梯波形电路，包括运算放大器、n个同向端电阻、m个反向端电阻、连接在所述运算放大器的输出端和反向输入端之间的反馈电阻以及连接在所述运算放大器的同向输入端和地之间的第一电阻；所述阶梯波形电路的输出端与所述运算放大器的输出端连接，用于输出SiC MOSFET的驱动控制信号；其中，所述n个同向端电阻的一端分别对应输入n路同向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的同向输入端；所述m个反向端电阻的一端分别对应输入m路反向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的反向输入端。

Description

SiC MOSFET驱动电路

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种SiC MOSFET驱动电路。

背景技术

电力电子功率变换器作为电能利用的重要装置，在生产和生活中着重要作用。电力电子功率变换器的核心是功率半导体器件，很大程度上决定了电力电子功率变换器的性能。目前，大部分功率半导体器件是硅(Si)半导体材料，其特性已接近理论极限，成为电力电子功率变换器进一步发展的瓶颈。与Si功率器件相比，碳化硅(SiC)功率器件具有更加优异特性：SiC功率器件具有更高的开关速度，能够在更高的结温下工作，可以同时实现高频、高电压和大电流。这些特性能够显著提升半导体功率变换器的性能，获得更高的电能转换效率，实现更高的功率密度，降低系统成本等。

在电力电子变换器中，微控制器发出的控制信号属于弱电信号，不能直接驱动功率半导体器件，需要在微控制器与功率半导体器件之间设置驱动电路。驱动电路主要是对微控制器发出的弱电控制信号整形、功率放大后实现对功率半导体器件的通断控制；当功率半导体器件及其所在电路中出现故障时，也要由驱动电路将故障信息传回微控制器。故驱动电路是弱电控制信号与强电功率回路之间交互的桥梁，驱动电路的可靠性直接影响电力电子变换器的整体可靠性。

在SiC MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor，金属-氧化物-半导体型场效应管)实际设计应用中，几个典型因素对电力电子变换器的整体性能尤其重要：

1、SiC MOSFET驱动信号需要正压开通，还需要负压关断，以提高可靠性。驱动电路不仅要有正压，还需要有负压。

2、SiC MOSFET比同样电压等级的Si MOSFET更快的开关速度会产生很大的电流转换效率(di/dt)，在栅极驱动电阻和杂散电感上产生电压若超过了栅极的阈值电压，则会发生误导通。上述情况在上下桥臂的各种拓扑结构中特别明显，上下桥臂SiC MOSFET的相互串扰，很容易发生误导通。

3、如图1所示的主功率换流回路电路模型，主功率换流回路电感L_Loop由器件封装电感L_LEAK、PCB线路电感L_PCB和母线电容等效串联电感L_CBUS三部分组成。

在SiC MOSFET关断过程中，漏源电流I_DS迅速由负载电流I_L下降至零，快速变化的电流会在主功率换流回路电感L_Loop上产生压降，导致器件漏源电压V_DS上出现明显的过冲和振荡。当V_DS过冲高于器件的耐压值时，就有可能造成器件过电压失效，故需要掌握电压过冲的机理并对其进行有效抑制，确保器件运行在安全工作域。

现有驱动电路方案基本都是采用输入侧与输出侧的信号、供电隔离的基本架构，即输入侧信号与输出信号之间通过光耦(光隔离)或变压器(磁隔离)实现隔离，输入侧供电与输出侧供电也是完全隔离，并能承受很高的隔离耐压。当应用电路中采用的是桥式拓扑，则桥臂上下管之间的驱动和供电也是相互隔离的。

1、单管应用，单极性电源供电，驱动脉冲只设正压驱动，不设负压关断，零电压关断。

2、单管应用，单极性电源供电，采用外围电路搭建出驱动脉冲的正压和负压，如图2中(a)(b)(c)所示的应用实例。

3、单管应用，双极性电源供电，采用专用的驱动芯片实现驱动脉冲的正压和负压。

4、半桥应用，上下管串联。单极性电源供电，采用外围电路搭建出驱动脉冲的正压和负压，如图3中(a)(b)(c)所示的应用实例。

5、半桥应用，上下管串联。双极性电源供电，采用专用的驱动芯片实现驱动脉冲的正压和负压。

现有方案存在以下缺点：

1、单管应用时，没有上下管之间的串扰问题，可以不设置负压关断；但由于SiC本身的材料特性，在使用过程中器件温度升高之后，驱动阈值电压Vgs(th)会随温度升高而降低，从而增到受扰后的误导通可能。

2、单管或半桥应用时，驱动电路供电的单极性电源，一般是在驱动电路输出与栅源之间用稳压二极管等分立元件搭建出正负压生产电路。多个分立元件的使用，增加了驱动回路的复杂度，降低了可靠性；多个分立元件中稳压二极管是功能实现的核心器件，该稳压二极管受温度、电磁干扰等因素影响，电平精度差；另外，在实际电路板铺设时，多个分立元件占据的电路板位置，拉大了驱动电路与SiC MOSFET之间的距离，导致寄生参数复杂，尤其是杂散电感变大，影响驱动效果。

3、单管或半桥应用时，专用的驱动芯片实现驱动脉冲的正压和负压，需要使用专用驱动芯片，成本高，通用性差。

4、SiC MOSFET栅极与源极之间能够承受的驱动负电压极限值非常有限，关断时采用负压驱动信号，与桥臂串扰向下尖峰叠加，存在负压超过极限值，造成损坏风险。

5、关断时采用负压驱动信号，当采用体二极管续流时，由于体二极管压降随负压大小变化，造成续流过程中体二极管损耗大。

6、正常运行、短路故障、过流故障等情况关断设置普遍采用硬关断，SiC MOSFET所在电路发生短路或过流故障时，驱动电路会立即关断栅极驱动电压，从而快速关断故障电流。硬关断造成过高的di/dt，在杂散电感的作用下，过高的di/dt会产生过高的V_DS尖峰电压，存在使SiC MOSFET过电压失效风险。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是现有的SiC MOSFET驱动电路产生的驱动信号对电路和元器件的影响、损耗甚至损坏。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种SiC MOSFET驱动电路，包括：输出侧逻辑控制模块，用于输出n路同向端控制电压和m路反向端控制电压，n、m≥1；阶梯波形电路，包括运算放大器、n个同向端电阻、m个反向端电阻、连接在所述运算放大器的输出端和反向输入端之间的反馈电阻以及连接在所述运算放大器的同向输入端和地之间的第一电阻；所述阶梯波形电路的输出端与所述运算放大器的输出端连接，用于输出SiC MOSFET的驱动控制信号；其中，所述n个同向端电阻的一端分别对应输入n路同向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的同向输入端；所述m个反向端电阻的一端分别对应输入m路反向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的反向输入端。

在本申请的一些实施例中，所述运算放大器的输出端电压V_O(x)为：

其中，R_f为反馈电阻，R₁、R₂、R₃、……、R_n-2、R_n-1、R_n为同向端电阻，V_I(1)、V_I(2)、V_I(3)、……、V_I(n-2)、V_I(n-1)、V_I(n)为同向端控制电压，R'₁、R'₂、R'₃、……、R'_m-2、R'_m-1、R'_m为反向端电阻，V'_I(1)、V'_I(2)、V'_I(3)、……、V'_I(m-2)、V'_I(m-1)、V'_I(m)为反向端控制电压。

在本申请的一些实施例中，所述第一电阻为可调电阻。

在本申请的一些实施例中，所述反向端电阻为可调电阻。

在本申请的一些实施例中，所述SiC MOSFET驱动电路还包括短路检测模块，与所述输出侧逻辑控制模块以及所述SiC MOSFET的漏极连接，用于检测所述SiC MOSFET所在电路是否短路，并将短路检测结果反馈至所述输出侧逻辑控制模块。

在本申请的一些实施例中，所述SiC MOSFET驱动电路还包括输入侧逻辑控制模块，用于接收所述SiC MOSFET的驱动脉冲信号，并输出至所述输出侧逻辑控制模块。

在本申请的一些实施例中，所述输入侧逻辑控制模块和所述输出侧逻辑控制模块之间还连接有第一编码解码模块，所述第一编码解码模块包括：驱动编码模块，与所述输入侧逻辑控制模块连接；驱动解码模块，与所述驱动编码模块之间信号隔离，且与所述输出侧逻辑控制模块连接。

在本申请的一些实施例中，所述输入侧逻辑控制模块和所述输出侧逻辑控制模块之间还连接有第二编码解码模块，所述第二编码解码模块包括：反馈编码模块，与所述输出侧逻辑控制模块连接；反馈解码模块，与所述反馈编码模块之间信号隔离，且与所述输入侧逻辑控制模块连接。

在本申请的一些实施例中，所述SiC MOSFET驱动电路还包括：最小脉冲宽度抑制模块，连接驱动脉冲信号源和输入侧逻辑控制模块，用于过滤所述驱动脉冲信号源输出的驱动脉冲信号。

在本申请的一些实施例中，所述SiC MOSFET驱动电路还包括：故障反馈模块，用于接收所述输入侧逻辑控制模块获取的短路检测反馈结果，并输出至控制器。

本申请技术方案解决了以下现有的技术问题：正负压产生电路，专用驱动芯片，用分立元器件电路搭建正负压电路抗干扰能力差，可靠性低。关断采用负压驱动信号，与桥臂串扰向下尖峰叠加，存在负压超过极限值，造成损坏风险，负压幅值难设置。关断时采用负压驱动信号，当采用体二极管续流时，由于体二极管压降随负压大小变化，造成续流过程中体二极管损耗大。SiC MOSFET所在电路发生短路或过流故障时，硬关断，驱动电路会立即关断栅极驱动电压，从而快速关断故障电流。硬关断造成过高的V_DS尖峰电压。

与现有技术相比，本申请技术方案通过逻辑控制的输出，直接形成幅值和时间段可调的正负压。在正常运行、短路故障、过流故障等情况关断时，设置驱动波形为阶梯状下降波形。本申请技术方案采用输出侧逻辑控制与阶梯波形电路相互配合，能够精准控制驱动正负电平幅值和持续时间，解决了故障关断过电压高、上下桥臂串扰等问题，取得了对SiC MOSFET的良好的驱动性能和保护效果。

本申请技术方案提供的SiC MOSFET驱动电路不仅适用于分立SiC MOSFET器件和模块，也适用于其他功率半导体开关管。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为桥臂MOSFET功率回路的等效功率电路示意图；

图2为现有驱动电路单管应用的实例电路示意图；

图3为现有驱动电路半桥应用的实例电路示意图；

图4为本申请实施例的SiC MOSFET驱动电路的结构示意图；

图5为本申请实施例中在所述SiC MOSFET发生短路或过流故障后，驱动脉冲电压的变化状态图；

图6为本申请另一实施例的SiC MOSFET驱动电路的结构示意图；

图7为图6所示SiC MOSFET驱动电路中短路检测模块的电路结构示意图；

图8为SiC MOSFET从关断到导通以及所在电路发生短路时，源漏电压信号和参考电压信号的变化曲线；

图9为本申请又一实施例的SiC MOSFET驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“模块”、“电路”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

本申请中使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。比如，除非上下文另有明确说明，这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也可以包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”和/或“含有”意思是指所关联的整数，步骤、操作、元素和/或组件存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组的存在或在该系统/方法中可以添加其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组。在本说明书中描述不同组件发生关联时，可以是直接的关系也可以是间接的关系。比如，“A和B连接”可以是A和B直接连接，也可以是A和B通过其他组件间接发生连接。

考虑到以下描述，本说明书公开的这些特征和其他特征、以及结构的相关元件的操作和功能、以及部件的组合和制造的经济性可以得到明显提高。参考附图，所有这些形成本说明书公开的一部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本说明书公开的范围。本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

本申请提供一种SiC MOSFET驱动电路，采用输出侧逻辑控制与阶梯波形电路相互配合，精准控制驱动正负电平幅值和持续时间，解决了故障关断过电压高、上下桥臂串扰，取得了对SiC MOSFET的良好的驱动性能和保护效果。本申请提供的SiC MOSFET驱动电路可以使驱动脉冲电压逐渐降低，进而实现驱动脉冲信号的延时关断，可以有效降低SiCMOSFET的漏源尖峰电压，从而保护SiC MOSFET。

请参考图4，本申请实施例提供一种SiC MOSFET驱动电路，包括：输出侧逻辑控制模块和阶梯波形电路。

所述输出侧逻辑控制模块，用于输出n路同向端控制电压和m路反向端控制电压，n、m≥1。m、n可以根据实际应用需求设置，通常n可以大于m，例如n＝3、m＝2，一般实际应用中，m不大于3。

所述阶梯波形电路包括运算放大器、n个同向端电阻、m个反向端电阻、连接在所述运算放大器的输出端和反向输入端之间的反馈电阻以及连接在所述运算放大器的同向输入端和地之间的第一电阻；所述阶梯波形电路的输出端与所述运算放大器的输出端连接，用于输出SiC MOSFET的驱动控制信号；其中，所述n个同向端电阻的一端分别对应输入n路同向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的同向输入端；所述m个反向端电阻的一端分别对应输入m路反向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的反向输入端。

在本申请实施例中，如图4所示，以n路(级)正压，2路(级)负压为例，所述输出侧逻辑控制模块用于输出n路同向端控制电压V_I(1)、V_I(2)、V_I(3)、……、V_I(n-2)、V_I(n-1)、V_I(n)和2路反向端控制电压V'_I(1)、V'_I(2)。所述阶梯波形电路包括运算放大器、n个同向端电阻R₁、R₂、R₃、……、R_n-2、R_n-1、R_n、2个反向端电阻R'_m-1、R'_m、连接在所述运算放大器的输出端和反向输入端之间的反馈电阻R_f以及连接在所述运算放大器的同向输入端和输出侧地之间的第一电阻R_P；所述阶梯波形电路的输出端与所述运算放大器的输出端连接，用于输出SiCMOSFET的驱动控制信号。

具体地，同向端电阻R₁的一端对应输入同向端控制电压V_I(1)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R₂的一端对应输入同向端控制电压V_I(2)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R₃的一端对应输入同向端控制电压V_I(3)、另一端连接运算放大器的同向输入端；……；同向端电阻R_n-2的一端对应输入同向端控制电压V_I(n-2)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R_n-1的一端对应输入同向端控制电压V_I(n-1)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R_n的一端对应输入同向端控制电压V_I(n)、另一端连接运算放大器的同向输入端。反向端电阻R'_m的一端对应输入反向端控制电压V'_I(1)、另一端连接运算放大器的反向输入端；反向端电阻R'_m-1的一端对应输入反向端控制电压V'_I(2)、另一端连接运算放大器的反向输入端。

根据图4所示的阶梯波形电路，运算放大器的输出端电压V_O(x)与反向输入端电压V_N的关系表示为式(1)：

整理为：设则可得式(2)：

又，根据图4所示的阶梯波形电路，运算放大器的同向输入端电压V_P表示为式(3)：

整理为式(4)：

设则可得式(5)：

将式(2)、式(6)代入式(5)，得到式(7)，整理为式(8)：

V_P＝V_N (6)

通过设置实现R_x＝R_y，即阶梯波形电路中各电阻值设置为满足式(9)，代入式(8)，则式(8)简化为式(10)：

整理式(10)为式(11)：

请继续参考图4，SiC MOSFET具有栅极G、源极S、漏极D和开尔文引脚K，本实施例的运算放大器的输出端通过电阻Rg连接，SiC MOSFET的栅源电压V_GS，即驱动脉冲电压的变化状态如图5所示，其中，阶梯变化的时刻t可以根据实际应用需求设置。

在所述SiC MOSFET发生短路或过流故障后，所述输出侧逻辑控制模块和阶梯波形电路配合实现如下操作：在t1时刻，使所述驱动脉冲电压由第一正压V_O(n)降低至第二正压V_O(n-1)；在t2时刻，使所述驱动脉冲电压由所述第二正压V_O(n-1)降低至第三正压V_O(n-2)……；待所述输出侧逻辑控制模块接收到的驱动脉冲信号为关断信号时，在t1'时刻，使所述驱动脉冲电压由正压降低至第一负压V_O(m-1)；在t2'时刻，使所述驱动脉冲电压由第一负压V_O(m-1)降低至第二负压V_O(m)。其中，第一正压V_O(n)、第二正压V_O(n-1)、第三正压V_O(n-2)、……、第一负压V_O(m-1)、第二负压V_O(m)可以由式(11)推导得到。

输出侧逻辑控制模块在实际应用中可以采用FPGA芯片实现，通常，V'_I(1)、V'_I(2)、V_I(1)、V_I(2)、V_I(3)、……、V_I(n-2)、V_I(n-1)、V_I(n)输出电平相同，取决于FPGA芯片的供电电压，一般为1.8V或3.3V或5V等。

同向端电阻R₁、R₂、R₃、……、R_n-2、R_n-1、R_n的阻值可以根据实际应用需求设置，不同阻值可以设定不同的阶梯高度变化值，可设置相关阻值实现阶梯等高度等值变化，实际应用中受功率运算放大器的特性影响，同向端电阻的阻值通常设置在10K-300K欧姆之间。

反馈电阻R_f的阻值可以根据实际应用需求设置，实际应用中受功率运算放大器的特性及反馈电流回路损耗影响，反馈电阻R_f的阻值通常设置在10K-100K欧姆之间。

第一电阻R_P的阻值可以根据实际应用需求设置，通常可以设置在10K-500K欧姆之间。进一步，为了配合电路里设置的不可调电阻实现实际应用功能，第一电阻R_P可以采用可调电阻。

反向端电阻R'_m-1、R'_m的阻值可以根据实际应用需求设置，通常可以设置在10K-500K欧姆之间。进一步，为了配合电路里设置的不可调电阻实现实际应用功能，反向端电阻R'_m-1、R'_m可以采用可调电阻。

基于上述式(11)的推导过程，进一步延伸，设置n路(级)正压，m路(级)负压，推导得到所述运算放大器的输出端电压V_O(x)为：

其中，R_f为反馈电阻，R₁、R₂、R₃、……、R_n-2、R_n-1、R_n为同向端电阻，V_I(1)、V_I(2)、V_I(3)、……、V_I(n-2)、V_I(n-1)、V_I(n)为同向端控制电压，R'₁、R'₂、R'₃、……、R'_m-2、R'_m-1、R'_m为反向端电阻，V'_I(1)、V'_I(2)、V'_I(3)、……、V'_I(m-2)、V'_I(m-1)、V'_I(m)为反向端控制电压。

同向端电阻R₁的一端对应输入同向端控制电压V_I(1)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R₂的一端对应输入同向端控制电压V_I(2)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R₃的一端对应输入同向端控制电压V_I(3)、另一端连接运算放大器的同向输入端；……；同向端电阻R_n-2的一端对应输入同向端控制电压V_I(n-2)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R_n-1的一端对应输入同向端控制电压V_I(n-1)、另一端连接运算放大器的同向输入端；同向端电阻R_n的一端对应输入同向端控制电压V_I(n)、另一端连接运算放大器的同向输入端。

反向端电阻R'₁的一端对应输入反向端控制电压V'_I(1)、另一端连接运算放大器的反向输入端；反向端电阻R'₂的一端对应输入反向端控制电压V'_I(2)、另一端连接运算放大器的反向输入端；反向端电阻R'₃的一端对应输入反向端控制电压V'_I(3)、另一端连接运算放大器的反向输入端；……；反向端电阻R'_m-2的一端对应输入反向端控制电压V'_I(m-2)、另一端连接运算放大器的反向输入端；反向端电阻R'_m-1的一端对应输入反向端控制电压V'_I(m-1)、另一端连接运算放大器的反向输入端；反向端电阻R'_m的一端对应输入反向端控制电压V'_I(m)、另一端连接运算放大器的反向输入端。

请参考图6，本申请另一实施例的SiC MOSFET驱动电路包括输出侧逻辑控制模块和阶梯波形电路，还可以包括短路检测模块，所述短路检测模块与所述输出侧逻辑控制模块以及所述SiC MOSFET的漏极连接，用于检测所述SiC MOSFET所在电路是否短路，并将短路检测结果反馈至所述输出侧逻辑控制模块。

所述短路检测模块的电路结构可以如图7所示，包括比较器、漏源电压信号源电路及参考电压信号源电路。所述比较器包括第一输入端、第二输入端及输出端，其中所述第一输入端电连接所述漏源电压信号源电路，用于输入所述SiC MOSFET的源漏电压信号V_DS，所述第二输入端电连接所述参考电压信号源电路，用于输入参考电压信号V_ref，所述输出端电连接所述输出侧逻辑控制模块，用于向所述输出侧逻辑控制模块输出检测结果信号。

所述漏源电压信号源电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第八电阻R8。其中所述第五电阻R5的第一端电连接所述SiC MOSFET的漏极D，所述第五电阻R5的第二端电连接所述第六电阻R6的第一端，所述第五电阻R5两端还电连接有第二电容C2。所述第六电阻R6的第二端电连接所述第七电阻R7的第一端，所述第六电阻R6的两端还电连接有第三电容C3。所述第七电阻R7的第二端电连接所述比较器的第一输入端，且所述第七电阻R7的两端还电连接有第四电容C4。所述第八电阻R8的第一端电连接所述比较器的第一输入端，且所述第八电阻R8的第二端接输出侧地GND，所述第八电阻R8两端还电连接有第五电容C5。

所述参考电压信号源电路可以包括第三MOS管M3、第一稳压二极管T1、第九电阻R9、第六电容C6及第十电阻R10。所述第三MOS管M3的栅极电连接所述输出侧逻辑控制模块，所述第三MOS管M3的源极接输出侧地GND，所述第三MOS管M3的漏极电连接所述第一稳压二极管T1的阳极，所述第三MOS管的通断状态受控于所述输出侧逻辑控制模块输出的所述控制信号。所述第九电阻R9的第一端电连接所述第一稳压二极管T1的阴极，所述第九电阻R9的第二端电连接所述比较器的第二输入端。所述第六电容C6的第一端电连接所述比较器的第二输入端，所述第六电容C6的第二端接输出侧地GND。所述第十电阻R10的第一端电连接直流正压VCC，所述第十电阻R10的第二端电连接所述比较器的第二输入端。

本申请实施例采用多只电阻串联分压来获取漏源电压信号V_DS，并通过输出侧逻辑控制模块输出的控制信号来控制参考电压信号源电路发出的参考电压信号V_ref的大小，同时所述控制信号与驱动脉冲信号是同步的，在SiC MOSFET的开通过程中，参考电压信号V_ref呈现可调的特性，使得本申请实施例的短路检测电路可以实现动态检测。

图8为SiC MOSFET从关断到导通以及所在电路发生短路时，源漏电压信号V_DS和参考电压信号V_ref的变化曲线。其中(a)图显示了，当SiC MOSFET关断及初始导通时，第三MOS管M3关断，参考电压信号V_ref维持在直流正压VCC，图中V_T1代表第一稳压二极管T1的正向电压，V_DS-SAT代表SiC MOSFET的压降。当SiC MOSFET开通时，第三MOS管M3导通，参考电压信号V_ref从直流正压VCC衰减到V_T1+V_R9，V_R9一般很小，基本可以忽略。(b)图显示了，当SiC MOSFET处于导通状态时，若SiC MOSFET所在电路发生短路时(A处发生通态短路故障)，源漏电压信号V_DS从V_DS-SAT开始升高，当源漏电压信号V_DS大于参考电压信号V_ref时，运放信号翻转，短路信号上报。(c)图显示了，当SiC MOSFET开通时，若所在电路发生短路(B处发生开通过程中的短路故障)，源漏电压信号V_DS大于参考电压信号V_ref，运放信号翻转，短路信号上报。

在其他实施例中，也可以在图7所示的短路检测模块100的基础上，进行合理的电阻串并联调整，以满足实际使用中对阻值大小的需求。例如，在漏源电压信号源电路上串联或并联至少一个电阻，或者在参考电压信号源电路上串联或并联至少一个电阻。也就是说，只要是采用了本申请实施例的动态短路检测原理，即使在图7的基础上进行了简单的电路元件的调整，也均在本申请实施例的示例范围内。

请参考图9，本申请又一实施例的SiC MOSFET驱动电路包括输出侧逻辑控制模块、阶梯波形电路和短路检测模块，还可以包括输入侧逻辑控制模块，所述输入侧逻辑控制模块用于接收所述SiC MOSFET的驱动脉冲信号，并输出至所述输出侧逻辑控制模块。

所述输入侧逻辑控制模块和所述输出侧逻辑控制模块之间还连接有第一编码解码模块，所述第一编码解码模块包括：驱动编码模块，与所述输入侧逻辑控制模块连接；驱动解码模块，与所述驱动编码模块之间信号隔离，且与所述输出侧逻辑控制模块连接。

所述输入侧逻辑控制模块和所述输出侧逻辑控制模块之间还连接有第二编码解码模块，所述第二编码解码模块包括：反馈编码模块，与所述输出侧逻辑控制模块连接；反馈解码模块，与所述反馈编码模块之间信号隔离，且与所述输入侧逻辑控制模块连接。

SiC MOSFET往往工作在电磁干扰比较强烈的局部环境中，难免会有干扰信号进入到驱动通路中，需要对其进行识别和滤除处理。进一步，本实施例的SiC MOSFET驱动电路还可以包括最小脉冲宽度抑制模块，连接驱动脉冲信号源和输入侧逻辑控制模块，用于过滤所述驱动脉冲信号源输出的驱动脉冲信号。所述驱动脉冲信号源可以是控制器，即由控制器输出驱动脉冲信号。最小脉冲宽度抑制模块可以包括RC滤波和施密特触发器，对驱动脉冲信号进行处理后送至输入侧逻辑控制模块。

仍请参考图9，本实施例的SiC MOSFET驱动电路还可以包括故障反馈模块，用于接收所述输入侧逻辑控制模块获取的短路检测反馈结果，并输出至控制器。所述短路检测模块向所述输出侧逻辑控制模块反馈短路检测结果，经过反馈编码模块和反馈解码模块向所述输入侧逻辑控制模块输出短路检测反馈结果。

本实施例的SiC MOSFET驱动电路还可以包括供电监测模块和驱动使能模块。所述供电监测模块用于在供电正常时输出高电平信号，在供电低于阈值时输出低电平信号。所述驱动使能模块用于输出驱动使能/禁能信号，如高电平使能，低电平禁能。所述供电监测模块和驱动使能模块均可采用现有的功能模块实现，在此不展开赘述。

本申请实施例的SiC MOSFET驱动电路采用单极性电源供电，输出侧逻辑控制与阶梯波形电路配合，输出正压幅值和维持时间均可调、负压幅值和维持时间均可调的驱动脉冲。在SiC MOSFET开通时采用正压驱动信号，而在SiC MOSFET关断时采用负压驱动信号。

本申请实施例的SiC MOSFET驱动电路在短路检测电路检测到故障时，采用阶梯波实现软关断，避免故障关断过电压过高。

本申请实施例的SiC MOSFET驱动电路在半桥应用时，设置阶梯波开通、关断，可以降低电压变化率，降低上下桥臂串扰。

综上所述，在阅读本申请内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本申请的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。

Claims (10)

1.一种SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，包括：

输出侧逻辑控制模块，用于输出n路同向端控制电压和m路反向端

控制电压，n、m≥1；

阶梯波形电路，包括运算放大器、n个同向端电阻、m个反向端电

阻、连接在所述运算放大器的输出端和反向输入端之间的反馈电阻以及

连接在所述运算放大器的同向输入端和地之间的第一电阻；所述阶梯波

形电路的输出端与所述运算放大器的输出端连接，用于输出SiC

MOSFET的驱动控制信号；

其中，所述n个同向端电阻的一端分别对应输入n路同向端控制电

压，另一端连接所述运算放大器的同向输入端；所述m个反向端电阻的一端分别对应输入m路反向端控制电压，另一端连接所述运算放大器的反向输入端。

2.根据权利要求1所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，所述

运算放大器的输出端电压V_O(x)为：

其中，R_f为反馈电阻，R₁、R₂、R₃、……、R_n-2、R_n-1、R_n为同向端

电阻，V_I(1)、V_I(2)、V_I(3)、……、V_I(n-2)、V_I(n-1)、V_I(n)为同向端控制电压，

R'₁、R'₂、R'₃、……、R'_m-2、R'_m-1、R'_m为反向端电阻，V'_I(1)、V'_I(2)、V'_I(3)、……、

V'_I(m-2)、V'_I(m-1)、V'_I(m)为反向端控制电压。

3.根据权利要求1所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，所述第一电阻为可调电阻。

4.根据权利要求1所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，所述反向端电阻为可调电阻。

5.根据权利要求1所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括短路检测模块，与所述输出侧逻辑控制模块以及所述SiC MOSFET的漏极连接，用于检测所述SiC MOSFET所在电路是否短路，并将短路检测结果反馈至所述输出侧逻辑控制模块。

6.根据权利要求5所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括输入侧逻辑控制模块，用于接收所述SiC MOSFET的驱动脉冲信号，并输出至所述输出侧逻辑控制模块。

7.根据权利要求6所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，所述输入侧逻辑控制模块和所述输出侧逻辑控制模块之间还连接有第一编码解码模块，所述第一编码解码模块包括：

驱动编码模块，与所述输入侧逻辑控制模块连接；

驱动解码模块，与所述驱动编码模块之间信号隔离，且与所述输出侧逻辑控制模块连接。

8.根据权利要求6所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，所述输入侧逻辑控制模块和所述输出侧逻辑控制模块之间还连接有第二编码解码模块，所述第二编码解码模块包括：

反馈编码模块，与所述输出侧逻辑控制模块连接；

反馈解码模块，与所述反馈编码模块之间信号隔离，且与所述输入侧逻辑控制模块连接。

9.根据权利要求6所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括：最小脉冲宽度抑制模块，连接驱动脉冲信号源和输入侧逻辑控制模块，用于过滤所述驱动脉冲信号源输出的驱动脉冲信号。

10.根据权利要求6所述的SiC MOSFET驱动电路，其特征在于，还包括：故障反馈模块，用于接收所述输入侧逻辑控制模块获取的短路检测反馈结果，并输出至控制器。