一種應(yīng)用負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器的半橋電路及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動電路領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器的半橋電路及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]寬禁帶技術(shù)在近幾年日益成熟，SiC材料作為一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于電力電子行業(yè)半導(dǎo)體開關(guān)器件中。SiC MOSFET具有擊穿電壓高、熱導(dǎo)率高、開關(guān)頻率高等良好的特性，是一種較為成熟并已經(jīng)商業(yè)化的寬禁帶開關(guān)器件，將SiC MOSFET應(yīng)用到功率變換器中，會使功率密度和效率有顯著的提高。然而，高開關(guān)速度同時會使得由電路寄生電感造成的不利影響增強，驅(qū)動電壓的正負尖峰增大。同時，與Si MOSFET相比，由于物理特性和技術(shù)發(fā)展的限制，SiC MOSFET承受負壓的能力較Si MOSFET更小，第二代SiC MOSFET的門極耐壓能達到-10V/+25V。因此，傳統(tǒng)的Si MOSFET的門極驅(qū)動已經(jīng)不能滿足開關(guān)器件發(fā)展的需求，新型門極驅(qū)動技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注。
[0003]門極驅(qū)動的改進主要集中在不降低開關(guān)速度的同時消除半橋電路串擾問題給驅(qū)動信號造成的干擾，以避免柵源極負壓尖峰超出器件耐壓值和直通問題的發(fā)生，在不需要額外的增加控制信號的情況下，來提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種應(yīng)用負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器的半橋電路及其方法，在不增加額外控制信號的前提下，通過PNP三極管自身的導(dǎo)通和關(guān)斷來消除半橋電路串擾引起的驅(qū)動信號負壓尖峰問題。
[0005]本發(fā)明的具體方案如下:
[0006]一種負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器，包括:
[0007]負壓產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生驅(qū)動半橋電路的負壓信號，并將負壓信號傳送至消除負壓尖峰電路中來消除半橋電路中的負壓信號的負向電壓尖峰，所述消除負壓尖峰電路與負壓產(chǎn)生電路串聯(lián)連接；
[0008]所述消除負壓尖峰電路，包括SiC MOSFET開關(guān)管，所述SiC MOSFET開關(guān)管的源極連接至第二電容的一端，所述第二電容的另一端連接PNP型三極管的集電極，SiC MOSFET開關(guān)管的柵極與PNP型三極管的發(fā)射極相連；所述PNP型三極管的基極和發(fā)射極兩端并聯(lián)有RD并聯(lián)電路，所述RD并聯(lián)電路包括第三電阻及與第三電阻并聯(lián)連接的二極管。
[0009]所述負壓產(chǎn)生電路，包括交流電源，所述交流電源的輸出端串聯(lián)一推挽連接的第一三極管和第二三極管，所述第一三極管和第二三極管連結(jié)點處串接RC并聯(lián)電路；所述RC并聯(lián)電路串接第二電阻后，并聯(lián)在所述第二三極管的發(fā)射極與集電極兩端；所述第二電阻與所述消除負壓尖峰電路并聯(lián)連接。
[0010]所述RC并聯(lián)電路包括第一電阻及其并聯(lián)連接的第一電容。
[0011]一種負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器的工作方法，包括:
[0012]當?shù)谝蝗龢O管導(dǎo)通，第二三極管關(guān)斷，RC并聯(lián)電路中的第一電容進行預(yù)充電來提供負壓信號，所述負壓信號對第一電阻和第二電阻的設(shè)定值進行調(diào)節(jié)；同時，電流流經(jīng)第三電阻，PNP型三極管導(dǎo)通，第二電容進行預(yù)充電；
[0013]當?shù)谝蝗龢O管關(guān)斷，第二三極管導(dǎo)通，RC并聯(lián)電路中的第一電容為半橋電路的上橋臂和下橋臂提供負壓信號，PNP型三極管關(guān)斷。
[0014]一種應(yīng)用負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器的半橋電路，包括:
[0015]直流電源，所述直流電源的輸出端串接有SiC MOSFET半橋電路，所述SiC MOSFET半橋電路，包括串聯(lián)連接的上橋臂和下橋臂，與上橋臂連接的上橋臂驅(qū)動器，以及與下橋臂連接的下橋臂驅(qū)動器；
[0016]所述上橋臂驅(qū)動器和下橋臂驅(qū)動器均包括負壓產(chǎn)生電路，所述負壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生驅(qū)動半橋電路的負壓信號，并將負壓信號傳送至消除負壓尖峰電路中，所述消除負壓尖峰電路與負壓產(chǎn)生電路串聯(lián)連接；
[0017]所述消除負壓尖峰電路，包括SiC MOSFET開關(guān)管，所述SiC MOSFET開關(guān)管的源極連接至第二電容的一端，所述第二電容的另一端連接PNP型三極管的集電極，SiC MOSFET開關(guān)管的柵極與PNP型三極管的發(fā)射極相連；所述PNP型三極管的基極和發(fā)射極兩端并聯(lián)有RD并聯(lián)電路，所述RD并聯(lián)電路包括第三電阻及與第三電阻并聯(lián)連接的二極管。
[0018]所述上橋臂和下橋臂的連結(jié)點之間串接有RL電路。
[0019]所述負壓產(chǎn)生電路，包括交流電源，所述交流電源的輸出端串聯(lián)一推挽連接的第一三極管和第二三極管，所述第一三極管和第二三極管連結(jié)點處串接RC并聯(lián)電路；所述RC并聯(lián)電路串接第二電阻后，并聯(lián)在所述第二三極管的發(fā)射極與集電極兩端；所述第二電阻與所述消除負壓尖峰電路并聯(lián)連接。
[0020]所述RC并聯(lián)電路包括第一電阻及其并聯(lián)連接的第一電容。
[0021]一種應(yīng)用負壓關(guān)斷半橋電路驅(qū)動器的半橋電路的工作方法，包括:
[0022](I)預(yù)充電階段t0?tl時段內(nèi):
[0023]上橋臂驅(qū)動器和下橋臂驅(qū)動器中的第一三極管均導(dǎo)通，第二三極管均關(guān)斷，第一電容均進行預(yù)充電；同時，上橋臂驅(qū)動器和下橋臂驅(qū)動器中的PNP型三極管均導(dǎo)通，第二電容均進行預(yù)充電；
[0024](2)上橋臂驅(qū)動器和下橋臂驅(qū)動器的控制脈沖的一個開關(guān)周期為tl?t6時段:
[0025](2.l)tl?t2時段內(nèi)，上橋臂驅(qū)動器的第一三極管和下橋臂驅(qū)動器的第一三極管均關(guān)斷，上橋臂驅(qū)動器的第二三極管和下橋臂驅(qū)動器的第二三極管導(dǎo)通，上橋臂驅(qū)動器的第一電容和下橋臂驅(qū)動器的第一電容分別為SiC MOSFET半橋電路上、下橋臂提供負壓，上橋臂驅(qū)動器和下橋臂驅(qū)動器的PNP型三極管均關(guān)斷；
[0026](2.2)t2時刻，上橋臂驅(qū)動器的第一三極管導(dǎo)通，上橋臂驅(qū)動器的第二三極管關(guān)斷，SiCMOSFET半橋電路上橋臂開始導(dǎo)通，同時電流通過上橋臂驅(qū)動器的第三電阻流向直流電源的負極，PNP型三極管觸發(fā)導(dǎo)通，上橋臂驅(qū)動器的第二電容再次向上橋臂SiC MOSFET的柵源寄生電容充電；
[0027](2.3)t2?t3時段內(nèi)，上橋臂驅(qū)動器的第一三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，上橋臂驅(qū)動器的第二三極管處于關(guān)斷狀態(tài)，上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷，下橋臂驅(qū)動器的第一電容繼續(xù)為下橋臂驅(qū)動器的第二三極管提供負壓；
[0028](2.4)t3時刻，上橋臂驅(qū)動器的第一三極管關(guān)斷，上橋臂驅(qū)動器的第二三極管導(dǎo)通，SiCMOSFET半橋電路上橋臂開始關(guān)斷；
[0029](2.5)t3?t4時段內(nèi)，上橋臂驅(qū)動器的第二三極管和下橋臂驅(qū)動器的第二三極管均導(dǎo)通，上橋臂驅(qū)動器的第一三極管和下橋臂驅(qū)動器的第一三極管均關(guān)斷，上下橋臂均處于關(guān)斷狀態(tài)；
[0030](2.6) t4時刻，下橋臂驅(qū)動器的第一三極管導(dǎo)通，下橋臂驅(qū)動器的第二三極管關(guān)斷，SiCMOSFET半橋電路下橋臂開始導(dǎo)通，同時電流通過下橋臂驅(qū)動器的第三電阻流向直流電源的負極，PNP型三極管觸發(fā)導(dǎo)通，下橋臂驅(qū)動器的第二電容再次向下橋臂SiC MOSFET的柵源寄生電容充電；
[0031](2.7)t4?t5時段內(nèi)，下橋臂驅(qū)動器的第一三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，下橋臂驅(qū)動器的第二三極管處于關(guān)斷狀態(tài)，下橋臂導(dǎo)通、上橋臂關(guān)斷，上橋臂驅(qū)動器中第一電容為上橋臂驅(qū)動器的第二三極管提供負壓信號；
[0032](2.8) t5時刻，下橋臂驅(qū)動器的第一三極管關(guān)斷，下橋臂驅(qū)動器的第二三極管導(dǎo)通，SiCMOSFET半橋電路下橋臂開始關(guān)斷；
[0033](2.9)t5?t6時段內(nèi)，上橋臂驅(qū)動器的第一三極管和下橋臂驅(qū)動器的第二三極管導(dǎo)通，上橋臂驅(qū)動器的第二三極管和上橋