[发明专利]硅基IGBT和碳化硅肖特基二极管混合的栅驱动系统

说明书

一种硅基IGBT和碳化硅肖特基二极管混合的栅驱动系统，包括驱动输入级、逻辑使能电路、电流源电路、IGBT栅极电压对时间的变化率检测电路、IGBT集电极电流对时间的二阶微分变化率检测电路以及IGBT管、肖特基二极管D1和采样电阻Rx。通过对IGBT的栅极电压VG和栅极电压的变化率dVG/dt以及集电极电流的二阶变化率d(dIc/dt)/dt进行采样和检测，实时的掌握IGBT开启过程的各个阶段，之后经过逻辑使能电路的判断并对栅驱动电路中的电流源电路进行控制，便可以改变IGBT开启过程的驱动电流大小，从而达到在IGBT的开启过程中抑制电流振荡减小电流过冲和开启损耗的目的。

技术领域

本发明属于模拟集成栅驱动电路技术领域，具体涉及一种应用于硅基IGBT-碳化硅肖特基二极管混合模块的栅驱动系统。

背景技术

高压集成电路(High Voltage Integrated Circuit，HVIC)是将以低压集成电路为主的微电子技术和以大电流高压半导体为主的电力电子技术相结合的产物。其满足了小功率电平信号和大功率输出器件之间对单片接口的需求，HVIC因其成本低、可靠性高等优点被广泛应用于电机驱动、直流交流逆变和汽车功率开关等领域。随着功率器件和功率集成电路技术的不断发展，高压集成电路的规模越来越大，电路也越来越复杂，其在今后也将沿着大功率、高集成度、高频、高智能化和高可靠性的方向发展。

半桥驱动芯片作为HVIC的一种，其因外围元件少、驱动能力强、易于设计驱动电路和可靠性高等优点，被广泛应用于电机驱动电路中。对于半桥驱动电路，功率半导体器件在开关过程中产生的电流和电压过冲是影响整个系统工作稳定性的主要因素，同时由于功率半导体器件通常工作在大电压和大电流的情况下，其开通和关断损耗将极大的提高整个系统的能耗，为了解决上述问题，减小功率器件的开关过冲和损耗，各种针对驱动电路和功率器件的改进方法被提出，其中功率半导体器件的新材料研究尤其是碳化硅材料的研究在近几年得到了广泛的关注。

由于碳化硅肖特基二极管(SiC-SBD)是碳化硅器件中最成熟的器件，因此其在混合模块中的应用最为广泛。其中由硅基IGBT和碳化硅续流二极管组成的IGBT混合模块，对减小半桥驱动电路中的开关过冲和损耗效果明显。以传统的半桥驱动电路为例，若输出端OUT有电流流入，则在下桥的IGBT开通前，上桥的二极管将处于续流状态，下桥IGBT导通时的电流过冲和开启损耗都将取决于上桥二极管的恢复特性，由于与硅基二极管相比，SiC-SBD反向恢复快，恢复电流小，所以与传统的IGBT模块相比，以SiC-SBD作为硅基IGBT续流二极管的混合模块在降低电流过冲和开启损耗方面有明显优势，因此IGBT混合模块成为了各公司和研究机构的研究重点。

虽然相较于传统的IGBT模块，混合模块中续流二极管的反向恢复电流更小，对于使用IGBT混合模块的电路，其开启电流过冲和开启损耗都将低于传统的IGBT模块，但是对于半桥驱动电路，在下桥IGBT由关断到开启的过程中，即上桥的碳化硅续流二极管由正向导通到反向截止的过程中，电路中将会产生一个低衰减、低阻尼、长时间的电流振荡，这很有可能影响整个系统的正常工作，因此有必要尽可能地缩短该振荡的时间，以达到确保电路正常工作的目的。

目前为解决在混合模块开通过程中，电流过冲和开启损耗之间的矛盾问题，以及由于续流二极管的反向恢复导致的电流振荡问题，许多研究都相继展开。