CN221177538U - 一种mos管驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种MOS管驱动电路，应用于SiC MOSFET器件，包括：图腾柱电路，所述图腾柱电路的输出端连接至所述SiC MOSFET器件的栅极；负压电路，所述负压电路的第一输入端连接至所述图腾柱电路的输出端，所述负压电路的第二输入端连接至偏置电压端，所述负压电路的输出端连接至所述SiC MOSFET器件的源极；钳位电路，所述钳位电路的输入端连接至所述负压电路的输出端，所述钳位电路的输出端连接至偏置电压端。本实用新型仅在原有的图腾柱电路增加负压电路、钳位电路和偏置电压，即可对SiC MOSFET器件实现负压关断的效果，而且还能适应不同型号SiC MOSFET器件对负压关断电压幅值的需求，大大提高通用性。
Description
技术领域
本实用新型属于开关电源领域，具体涉及一种MOS管驱动电路。
背景技术
与普通禁带材料的硅相比，碳化硅(silicon carbide，SiC)拥有较高的禁带宽度，所以其拥有较高的击穿场强，同时适用于高温条件下的工作，另一方面，碳化硅材料有较高的热导率，所以其拥有较高电流密度的特性。尤其在MOSFET的开发与应用方面，与相同功率等级的硅基MOSFET相比，SiC MOSFET(碳化硅场效应管)拥有更小的导通电阻，其开关损耗相比于同等级的硅基MOSFET也大幅降低，使之适用于更高的工作频率，另由于其高温稳定性也使得SiC MOSFET可以应用于高温领域。普通硅基MOSFET首选用于低电压应用领域，而SiC MOSFET则用于更高的电压、更高开关频率的应用领域，同时SiC MOSFET与常规的硅基MOSFET相比其具有独特的栅极驱动要求：
(1)Vgs栅极需要负压关断(通常为-5V)，进一步将Vgs＝0时还未放电的电荷完全泄放，缩短关断时间降低关断损耗，同时防止串扰现象对栅极的电压串扰误开启；
(2)高压驱动电平，为避免SiC MOSFET的导通电阻较大，栅极驱动电平通常需要设置在15～20V之间。
但是，目前SiC MOSFET的厂商所提供的驱动集成电路一般只会匹配自家的产品，其成本较高且通用性不强。
实用新型内容
为解决上述的问题，本实用新型的目的是提供一种MOS管驱动电路，从而实现负压关断，且通用性强的效果。
本实用新型提供的技术方案如下：
本实用新型提供了一种MOS管驱动电路，应用于SiC MOSFET器件，所述MOS管驱动电路包括：
图腾柱电路，所述图腾柱电路的输出端连接至所述SiC MOSFET器件的栅极；
负压电路，所述负压电路的第一输入端连接至所述图腾柱电路的输出端，所述负压电路的第二输入端连接至偏置电压端，所述负压电路的输出端连接至所述SiC MOSFET器件的源极；
钳位电路，所述钳位电路的输入端连接至所述负压电路的输出端，所述钳位电路的输出端连接至偏置电压端；
所述偏置电压端的偏置电压根据所述SiC MOSFET器件的参数进行设置；
在所述图腾柱电路关断时，所述负压电路输出电压至所述SiC MOSFET器件的源极，使得所述SiC MOSFET器件的栅源电压为负，所述SiC MOSFET器件关断。
进一步地，所述负压电路包括第一二极管、第一电容和第三电阻，所述第一二极管的阳极连接至偏置电压端，所述第一二极管的阴极通过所述第一电容连接至参考地，所述第一二极管的阴极通过所述第三电阻连接至所述图腾柱电路的输出端。
进一步地，所述钳位电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述负压电路的输出端，所述第二二极管的阴极连接至所述偏置电压端。
进一步地，所述图腾柱电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管和第二三极管，所述第一电阻的第一端接入PWM信号，所述第一电阻的第二端分别连接至所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极，所述第一三极管的发射极连接至所述第二三极管的发射极，所述第一三极管的集电极连接至电源端，所述第二三极管的集电极连接至参考地，所述第一三极管的发射极连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端分别连接至所述SiC MOSFET器件的栅极和所述负压电路的第二输入端。
进一步地，所述第一三极管为NPN三极管，所述第二三极管为PNP三极管。
与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
(1)本实用新型仅在原有的图腾柱电路增加负压电路、钳位电路和偏置电压，即可对SiC MOSFET器件实现负压关断的效果，不仅将GS＝0V时还未放电的栅极电荷完全放电，缩短关断时间降低关断损耗，同时防止串扰现象对栅极的电压串扰误开启，而且偏置电压为正电压，容易从原有供电基础直接产生，无需繁杂的变换。
(2)本实用新型负压关断幅值，设计选取灵活。通过外部配置不同偏置电压，即可设置不同幅值的负压，适应不同型号SiC MOSFET器件对负压关断电压幅值的需求，大大提高通用性，不再需要专用的驱动集成电路，有效降低成本。
(3)本实用新型关断的负压的幅值，能被钳位电路至偏置电压的幅值，防SiCMOSFET器件在关断时负压过低、开通电压电压过低，导致开通损耗增加或栅极损坏。
附图说明
图1为本实用新型一种MOS管驱动电路的电路原理图；
图2为本实用新型一种MOS管驱动电路的工作时序图；
图3为无钳位时电路工作时序波形。
附图标记：
PWM：控制器制信号输出端；
V-bias：偏置电压端；
GND：MOS管驱动电路供电参考地；
VEE：SiC MOSFET源极参考地。
具体实施方式
为了使本实用新型目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本新实。
参考图1，本实用新型实施例提供了一种MOS管驱动电路，应用于SiC MOSFET器件，MOS管驱动电路包括：
图腾柱电路100，图腾柱电路100的输出端连接至SiC MOSFET器件的栅极；
负压电路200，负压电路200的第一输入端连接至图腾柱电路100的输出端，负压电路200的第二输入端连接至偏置电压端，负压电路200的输出端连接至SiC MOSFET器件的源极；
钳位电路300，钳位电路300的输入端连接至负压电路200的输出端，钳位电路300的输出端连接至偏置电压端；
偏置电压端的偏置电压V-bias根据SiC MOSFET器件的参数进行设置；
在图腾柱电路100关断时，负压电路200输出电压至SiC MOSFET器件的源极，使得SiC MOSFET器件的栅源电压为负，SiC MOSFET器件关断。
在一实施例中，图腾柱电路100包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一电阻R1的第一端接入PWM信号，第一电阻R1的第二端分别连接至第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的发射极连接至第二三极管Q2的发射极，第一三极管Q1的集电极连接至电源端，第二三极管Q2的集电极连接至参考地，第一三极管Q1的发射极连接至第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端分别连接至SiC MOSFET器件的栅极和负压电路200的第二输入端。
负压电路200包括第一二极管D1、第一电容C1和第三电阻R3，第一二极管D1的阳极连接至偏置电压端，第一二极管D1的阴极通过第一电容C1连接至参考地，第一二极管D1的阴极通过第三电阻R3连接至图腾柱电路100的输出端。
本实施例中，第一三极管Q1为NPN三极管，第二三极管Q2为PNP三极管本实施例工作原理具体如下：
如附图1所示，本实施例中的偏置电压V-bias为5V，上电后，偏置电压V-bias给第一电容C1充电，充电完毕后，第一电容C1的电压稳定在5V，此时SiC MOSFET器件Q3源极电压为5V(VEE-GND)而不再是直接与参考地(GND)相连接。当PWM信号输入为高电平时(为便于分析，忽略第一三极管Q1、第二三极管Q2的压降)，Vgs输出高电平20V，第一电容C1两端电压为5V，SiC MOSFET器件Q3 Vgs栅极驱动大小为20V-5V＝15V，SiC MOSFET器件Q3正常导通。当PWM输入为低电平，由于GND-VEE两端的电压为5V，即是VEE-VGSL两端的电压为-5V，SiCMOSFET器件Q3实现负压关断，工作时序波形如附图2所示，图2中从上至下为：(1)控制输出PWM信号；(2)SiC MOSFET器件Q3的GS极驱动信号；(3)第一电容C1两端的电压；(4)偏置电压V-bias，5V。
在一实施例中，钳位电路300包括第二二极管，第二二极管的阳极连接至负压电路200的输出端，第二二极管的阴极连接至偏置电压端。
如附图1所示，由于SiC MOSFET栅极不能悬空的，往往需在SiC MOSFET器件的GS极之间加入一个泄放电阻第三电阻R3，但第三电阻R3的引入使得SiC MOSFET器件驱动信号在工作时候，驱动电流通过第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3对第一电容C1进行充电，这使得第一电容C1电压不断升高，即SiC MOSFET器件Q3VGS-VEE在关断时候负压的幅值随之增加，而开通时VGS-VEE电压反而减降低，如附图3第二、第三、第四个波形所示。如果对该现象不加以抑制，导致SiC MOSFET器件Q3栅极的关断的负压过大而开通的电压过低，导致SiC MOSFET器件Q3工作状态异常。为此，需要增加钳位，第二二极管D2，将第一电容C1两端的电位，钳位至偏置电压V-bias的幅值，从而限制关断时负压的幅值，防止SiC MOSFET器件在关断时负压过低，导致栅极损坏。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，如在此基础上再增加更多的等同变形或替换，也当属于该专利的保护范围内。应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述，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 (5)
1.一种MOS管驱动电路，应用于SiC MOSFET器件，其特征在于，所述MOS管驱动电路包括：
图腾柱电路，所述图腾柱电路的输出端连接至所述SiC MOSFET器件的栅极；
负压电路，所述负压电路的第一输入端连接至所述图腾柱电路的输出端，所述负压电路的第二输入端连接至偏置电压端，所述负压电路的输出端连接至所述SiC MOSFET器件的源极；
钳位电路，所述钳位电路的输入端连接至所述负压电路的输出端，所述钳位电路的输出端连接至偏置电压端；
所述偏置电压端的偏置电压根据所述SiC MOSFET器件的参数进行设置；
在所述图腾柱电路关断时，所述负压电路输出电压至所述SiC MOSFET器件的源极，使得所述SiC MOSFET器件的栅源电压为负，所述SiC MOSFET器件关断。
2.根据权利要求1所述的一种MOS管驱动电路，其特征在于：所述负压电路包括第一二极管、第一电容和第三电阻，所述第一二极管的阳极连接至偏置电压端，所述第一二极管的阴极通过所述第一电容连接至参考地，所述第一二极管的阴极通过所述第三电阻连接至所述图腾柱电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种MOS管驱动电路，其特征在于：所述钳位电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述负压电路的输出端，所述第二二极管的阴极连接至所述偏置电压端。
4.根据权利要求1所述的一种MOS管驱动电路，其特征在于：所述图腾柱电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管和第二三极管，所述第一电阻的第一端接入PWM信号，所述第一电阻的第二端分别连接至所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极，所述第一三极管的发射极连接至所述第二三极管的发射极，所述第一三极管的集电极连接至电源端，所述第二三极管的集电极连接至参考地，所述第一三极管的发射极连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端分别连接至所述SiC MOSFET器件的栅极和所述负压电路的第二输入端。
5.根据权利要求4所述的一种MOS管驱动电路，其特征在于：所述第一三极管为NPN三极管，所述第二三极管为PNP三极管。
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