一種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源故障導(dǎo)致橋臂直通時(shí)，自保護(hù)電路中輔助電容放電，在SiC JFET柵源極施加一個(gè)負(fù)向關(guān)斷電壓，迫使其快速關(guān)斷，使控制器能夠在安全時(shí)間范圍內(nèi)切斷電源，達(dá)到保護(hù)的目的。另外，驅(qū)動(dòng)輸出采用RCD結(jié)構(gòu)，既可以實(shí)現(xiàn)SiC JFET高速開關(guān)，又可以抑制密勒電流引起的柵極電壓振蕩，是一種適用于高速橋臂結(jié)構(gòu)的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路。
【專利說(shuō)明】
一種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電力電子電路領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有自保護(hù)功能的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]由于SiCJFET(Silicon Carbide Junct1n Field Effect Transistor)具有熱導(dǎo)率高、通態(tài)電阻低、開關(guān)速度快等性能優(yōu)勢(shì)，非常適用于高溫、高效、高頻場(chǎng)合。SiC JFET功率器件有常通型和常斷型兩種類型。相比常通型SiC JFET，常斷型SiC JFET的通態(tài)電阻較大，且驅(qū)動(dòng)較為復(fù)雜；另外，常斷型SiC JFET閾值電壓很低(小于0.7V)，易受干擾而導(dǎo)致誤導(dǎo)通，不適合用于高頻橋臂電路。
[0003]橋臂電路是各類橋式電力電子變換器中的基本單元，若驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)不合理，很容易發(fā)生直通故障，導(dǎo)致開關(guān)管產(chǎn)生額外的功率損耗，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞器件，使電路無(wú)法正常工作。另外，常通型JFET柵極擊穿電壓與夾斷電壓僅相差幾伏，在快速開關(guān)瞬態(tài)，高dv/dt與器件的寄生參數(shù)相互作用會(huì)使柵源極電壓產(chǎn)生振蕩，易導(dǎo)致器件誤開通。
[0004]與常斷型器件不同，常通型器件組成的橋臂電路，一旦驅(qū)動(dòng)電源斷電，同樣會(huì)導(dǎo)致橋臂直通。此外，常通型SiC JFET的夾斷電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，高溫環(huán)境下柵極擊穿電壓與夾斷電壓之間的差值更小，使得直通問(wèn)題更加嚴(yán)峻。因此，對(duì)于常通型SiC JFET構(gòu)成的橋臂電路，必須要有直通保護(hù)電路以確保電路安全可靠工作。
[0005]目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于常通型SiCJFET橋臂直通保護(hù)方法的研究較少。直通保護(hù)的常用辦法是在電路中串聯(lián)一個(gè)繼電器或固態(tài)斷路開關(guān)，但是由于其響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，并不能滿足SiC JFET橋臂直通保護(hù)的快速性要求。另外一種辦法是橋臂上、下管驅(qū)動(dòng)電路采用互鎖結(jié)構(gòu)或在驅(qū)動(dòng)信號(hào)中加入死區(qū)時(shí)間，但是這種辦法并不能解決驅(qū)動(dòng)電源斷電情況下導(dǎo)致的直通問(wèn)題，不適合用于常通型SiC JFET橋臂電路。
[0006]因此，需要尋求一種能夠?qū)崿F(xiàn)直通保護(hù)且低損耗、高可靠性的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有自保護(hù)功能的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源故障導(dǎo)致橋臂直通時(shí)，自保護(hù)電路中輔助電容放電，在SiC JFET柵源極施加一個(gè)負(fù)向關(guān)斷電壓，迫使其快速關(guān)斷，使控制器能夠在安全時(shí)間范圍內(nèi)切斷電源，達(dá)到保護(hù)的目的。另外，驅(qū)動(dòng)輸出采用RCD結(jié)構(gòu)，即可以實(shí)現(xiàn)SiC JFET高速開關(guān)，又可以抑制密勒電流引起的柵極電壓振蕩，是一種適用于高速橋臂結(jié)構(gòu)的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0009]—種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路，包括橋臂電路、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊和自保護(hù)電路；
[0010]所述橋臂電路包括順次連接的直流母線電壓UDC、固態(tài)開關(guān)管S1、上管SiCJFET和下管SiC JFET；
[0011 ]所述控制器輸入端接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊輸入端相連；
[0012]所述驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)芯片和RCD輸出網(wǎng)絡(luò)，所述驅(qū)動(dòng)芯片和R⑶輸出網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接后一端與控制器輸出端相連，另一端與下管SiC JFET的柵極相連；
[0013]所述自保護(hù)電路包括電源監(jiān)測(cè)模塊、預(yù)充電模塊、MOSFET開關(guān)管Q3和二極管D3;所述MOSFET開關(guān)管Q3的漏極與二極管D3的陰極相連，MOSFET開關(guān)管Q3的柵極與電源監(jiān)測(cè)模塊相連，MOSFET開關(guān)管Q3的源極與預(yù)充電模塊相連;所述二極管D3的陰極連接控制器使能端和驅(qū)動(dòng)芯片使能端，二極管D3的陽(yáng)極與下管SiC JFET柵極相連。
[0014]進(jìn)一步的，本發(fā)明的自保護(hù)電路，所述電源監(jiān)測(cè)模塊包括驅(qū)動(dòng)電源Uee、電阻R4?R7、光親Ml、光親M2和穩(wěn)壓管Zi;所述電阻R6—端接光親M2正向輸入端，另一端接驅(qū)動(dòng)電源Uee;電阻R7—端接光耦M2反向輸入端和穩(wěn)壓管極相連，另一端接驅(qū)動(dòng)電源Uee;電阻R4—端接光親M2輸出端，另一端接光親Ml反向輸入端；電阻R5—端與光親Ml輸出端相連，另一端與MOSFET開關(guān)管Q3柵極相連。
[0015]進(jìn)一步的，本發(fā)明的的自保護(hù)電路，所述預(yù)充電模塊包括電源-Uee、電阻R8?R1、二極管D4、穩(wěn)壓管Z2、M0SFET開關(guān)管Q4和電解電容C2;所述二極管D4陰極與電阻Rs相連，陽(yáng)極與電解電容C2負(fù)極相連，Rs另一端與MOSFET開關(guān)管Q4漏極相連;穩(wěn)壓管Z2陽(yáng)極與電阻R9、電阻R1相連，陰極與電解電容C2正極相連，R9另一端與Q2柵極相連，RiQ另一端與電源-Uee相連；電解電容C2負(fù)極與MOSFET開關(guān)管Q3的源極相連。
[0016]進(jìn)一步的，本發(fā)明的具有自保護(hù)功能的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路，所述RCD輸出網(wǎng)絡(luò)包括電容C1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極管D1、二極管D2;所述電容&和電阻R3串聯(lián)、二極管〕:的陰極和電阻R1串聯(lián)、二極管出的陽(yáng)極和電阻R2串聯(lián);電容&另一端與二極管陽(yáng)極、二極管D2的陰極相連，電阻R1另一端與電阻R2、電阻R3另一端相連。
[0017]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0018]1、本發(fā)明的具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路解決了驅(qū)動(dòng)電源故障時(shí)直通問(wèn)題；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源故障導(dǎo)致橋臂直通時(shí)，自保護(hù)電路中輔助電容放電，在SiC JFET柵源極施加一個(gè)負(fù)向關(guān)斷電壓，迫使其快速關(guān)斷，使控制器能夠在安全時(shí)間范圍內(nèi)切斷電源，達(dá)到保護(hù)的目的；
[0019]2、本發(fā)明的具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路采用R⑶驅(qū)動(dòng)輸出結(jié)構(gòu)，既實(shí)現(xiàn)了SiC JFET高速開關(guān)，又可以抑制密勒電流引起的柵極電壓振蕩，降低了直通可能性，增強(qiáng)了電路的可靠性；
[0020]3、本發(fā)明的具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路中的自保護(hù)電路無(wú)需額外的控制電路，可與常用的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路兼容，便于集成。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的常通型SiCJFET R⑶驅(qū)動(dòng)電路的原理圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的自保護(hù)電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024]一種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路，如圖1和圖2所示，包括:橋臂電路、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊和自保護(hù)電路。橋臂電路包括直流母線電壓UDC、固態(tài)開關(guān)管S1、上管SiC JFET和下管SiC JFET，四者依次相連;控制器的輸入端接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊輸入端相連;驅(qū)動(dòng)模塊，包括驅(qū)動(dòng)芯片和RCD輸出網(wǎng)絡(luò)，所述驅(qū)動(dòng)芯片和RCD輸出網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接后一端與控制器輸出端相連，另一端與下管SiC JFET的柵極相連；自保護(hù)電路一端與下管SiC JFET柵極相連，另一端與控制器和驅(qū)動(dòng)芯片使能端相連。
[0025]RCD輸出網(wǎng)絡(luò)包括電容C1、電阻R1U3和二極管D1、D2，其中，電容C1和電阻R3串聯(lián)、二極管D1的陰極和電阻R1串聯(lián)、二極管02的陽(yáng)極和電阻R2串聯(lián)；電容C1S—端與二極管0工的陽(yáng)極、二極管出的陰極相連，電阻R1另一端與電阻R2、R3另一端相連。
[0026]自保護(hù)電路包括電源監(jiān)測(cè)模塊、預(yù)充電模塊、MOSFET開關(guān)管Q3和二極管D3,其中，Q3的漏極與二極管D3的陰極相連，Q3的柵極與電源監(jiān)測(cè)模塊相連，Q3的源極與預(yù)充電模塊相連。
[0027]電源監(jiān)測(cè)模塊包括驅(qū)動(dòng)電源Uee、電阻R4、R5、R6、R7、光耦Ml、M2和穩(wěn)壓管2!，其中，電阻R6接光耦M2正向輸入端，另一端接驅(qū)動(dòng)電源Uee;電阻R7與接光耦M2反向輸入端和穩(wěn)壓管Z1陰極相連，另一端接驅(qū)動(dòng)電源Uee;電阻R4—端接光耦M2輸出端，另一端接光耦Ml反向輸入端；電阻R5—端與光親Ml輸出端相連，另一端與MOSFET開關(guān)管Q3柵極相連。
[0028]預(yù)充電模塊包括電源-Uee、電阻R8、R9、R1Q、二極管D4、穩(wěn)壓管Z2、M0SFET開關(guān)管Q4和電解電容C2，其中，二極管D4陰極與電阻R8相連，陽(yáng)極與電解電容C2負(fù)極相連，R8另一端與Q4漏極相連;穩(wěn)壓管陽(yáng)極與電阻RhR1Q相連，陰極與電解電容C2正極相連，R9另一端與出柵極相連，R1另一端與電源-Uee相連。
[0029]一種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路，其工作原理為:
[0030]SiC JFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，UccdI過(guò)二極管0!、電阻辦給510 JFET提供穩(wěn)態(tài)漏電流，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻Ri可設(shè)定SiC JFET的穩(wěn)定工作點(diǎn)，此時(shí)，電容C1兩端電壓為Ucc-Ugs。
[0031]SiC JFET關(guān)斷時(shí)，-Uee通過(guò)電容&、電阻R3給SiC JFET提供關(guān)斷脈沖電流，由于此時(shí)電容Cl電壓與-Uee串聯(lián)，大大提高了關(guān)斷速度，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R3可對(duì)電容Cl放電時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。
[0032]SiC JFET處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，-Uee通過(guò)二極管D2、電阻R2給SiC JFET提供穩(wěn)態(tài)漏電流，為防止SiC JFET柵極寄生二極管反向擊穿，電阻他取值較大。此時(shí)，電容C1端電壓近似為零。
[0033]SiC JFET開通時(shí)，Ucc通過(guò)電容(^、電阻R3給SiC JFET提供開通脈沖電流，由于此時(shí)電容&端電壓近似為零，大大提高了開通速度。
[0034]以上所述為橋臂電路處于正常工作狀態(tài)，固態(tài)開關(guān)管S1閉合。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源正常，光親M2輸入高電平，其輸出為GND，經(jīng)光親Ml后，輸出-Uee，由于在穩(wěn)壓管Z2作用下，MOSFET開關(guān)管Q4柵源極電壓約為5V，Q4導(dǎo)通，-Uee經(jīng)Q4、二極管D4和電阻R8給電解電容C2充電，最終電解電容C2負(fù)極電位為-Uee，即MOSFET開關(guān)管Q3源極電位為-Uee，故Q3柵源極電壓為0V，Q3處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，EN為高電平。
[0035]一旦驅(qū)動(dòng)電源故障(小于穩(wěn)壓管Z1穩(wěn)壓值)，光耦M2輸入變?yōu)榈碗娖?，其輸出?Uee，經(jīng)光耦Ml后，輸出GND，Q3柵源極電壓變?yōu)閁ee，Q3開通，同時(shí)由于Q4柵源極電壓降為0V，Q4關(guān)斷。電解電容C2通過(guò)Q3、二極管03給出柵極快速提供一個(gè)負(fù)向偏置電壓，迫使其快速關(guān)斷，此時(shí)EN變?yōu)榈碗娖?，控制器控制固態(tài)開關(guān)管SI，使其斷開，切除直流母線電源，達(dá)到直通保護(hù)的目的。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的部分實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有自保護(hù)功能的常通型SiC JFET驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，包括橋臂電路、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊和自保護(hù)電路； 所述橋臂電路包括順次連接的直流母線電壓UDC、固態(tài)開關(guān)管S1、上管SiC JFET和下管SiC JFET； 所述控制器輸入端接驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出端與驅(qū)動(dòng)模塊輸入端相連； 所述驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)芯片和RCD輸出網(wǎng)絡(luò)，所述驅(qū)動(dòng)芯片和RCD輸出網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接后一端與控制器輸出端相連，另一端與下管SiC JFET的柵極相連； 所述自保護(hù)電路包括電源監(jiān)測(cè)模塊、預(yù)充電模塊、MOSFET開關(guān)管Q3和二極管D3;所述MOSFET開關(guān)管Q3的漏極與二極管D3的陰極相連，MOSFET開關(guān)管Q3的柵極與電源監(jiān)測(cè)模塊相連，MOSFET開關(guān)管Q3的源極與預(yù)充電模塊相連;所述二極管D3的陰極連接控制器使能端和驅(qū)動(dòng)芯片使能端，二極管D3的陽(yáng)極與下管SiC JFET柵極相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自保護(hù)功能的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述電源監(jiān)測(cè)模塊包括驅(qū)動(dòng)電源Uee、電阻R4?R7、光耦Ml、光耦M2和穩(wěn)壓管?!;所述電阻R6—端接光親M2正向輸入端，另一端接驅(qū)動(dòng)電源Uee;電阻R7—端接光親M2反向輸入端和穩(wěn)壓管ZJH極相連，另一端接驅(qū)動(dòng)電源Uee;電阻R4—端接光耦M2輸出端，另一端接光耦Ml反向輸入端；電阻R5—端與光親Ml輸出端相連，另一端與MOSFET開關(guān)管Q3柵極相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自保護(hù)功能的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述預(yù)充電模塊包括電源_Uee、電阻Rs?RltK 二極管D4、穩(wěn)壓管Z2、M0SFET開關(guān)管Q4和電解電容C2;所述二極管D4陰極與電阻R8相連，陽(yáng)極與電解電容C2負(fù)極相連，R8另一端與MOSFET開關(guān)管Q4漏極相連;穩(wěn)壓管Z2陽(yáng)極與電阻R9、電阻Riq相連，陰極與電解電容C2正極相連，R9另一端與Q2柵極相連，R1Q另一端與電源-Uee相連；電解電容(:2負(fù)極與MOSFET開關(guān)管Q3的源極相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有自保護(hù)功能的常通型SiCJFET驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述RCD輸出網(wǎng)絡(luò)包括電容C1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、二極管D1、二極管D2;所述電容(^和電阻R3串聯(lián)、二極管0!的陰極和電阻R1串聯(lián)、二極管出的陽(yáng)極和電阻R2串聯(lián)；電容C1另一端與二極管0!的陽(yáng)極、二極管出的陰極相連，電阻R1另一端與電阻R2、電阻R3另一端相連。
【文檔編號(hào)】H03K17/16GK105846665SQ201610274776
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】徐克峰, 秦海鴻, 徐華娟, 付大豐, 聶新
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)