[发明专利]多级降栅压型SiC-MOSFET驱动电路

说明书

本发明公开了一种多级降栅压型SiC‑MOSFET驱动电路，包括短路检测电路、关断逻辑控制电路、图腾柱电路、第一级降栅压电路与第二降栅压软关断电路；短路检测电路判断短路峰值电流检测短路故障真实发生，第一级降栅压电路将SiC‑MOSFET门极电压降低并维持至最大短路耐受时间，提高器件的短路穿越能力；通过第二级降栅压电路进一步降低门极电压实现软关断，从而抑制住关断电压尖峰。本发明保证SiC‑MOSFET在短路工况下安全关断并有效增加其短路耐受时间，提高故障穿越能力。

技术领域

本发明属于电力半导体器件领域，尤其涉及一种多级降栅压型SiC-MOSFET驱动电路。

背景技术

随着市场对高效率、高功率密度变换器的需求日益旺盛，如新能源、电动汽车的兴起，宽禁带器件SiC-MOSFET(碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管)逐步得到应用。与传统的Si基功率器件相比，SiC-MOSFET短路耐受能力弱且受工作条件影响大，当SiC-MOSFET工作于高直流母线电压、高环境温度等条件时，其短路耐受能力将被大幅削弱。同时为了实现快速开通关断来降低开关损耗和降低导通电阻来减小导通损耗，SiC-MOSFET的驱动正压通常维持在+18V～+22V，但在短路故障时高驱动正压使得流过SiC-MOSFET的短路电流快速增加，导致器件结温迅速升高，从而削弱了SiC-MOSFET的短路耐受能力。

在短路故障发生时，流过SiC-MOSFET的短路电流可达额定电流的5-8倍，同时由于SiC-MOSFET结电容较小、开关速度快且主电路中存在寄生电感，若采取硬关断会在SiC-MOSFET漏-源极两端造成电压尖峰，导致SiC-MOSFET过压损坏。

专利CN106027011A针对高驱动正压导致的短路耐受能力弱的问题，通过检测源极寄生电感两端的电压信号实现短路故障的快速检测与保护，但是这种方法无法判断短路故障的真实发生，易发生误触发现象(200ns内完成关断)；同时不顾短路电流的大小直接采用软关断电阻进行关断，有一定的关断尖峰电压抑制效果，但仍有引起关断电压尖峰击穿SiC-MOSFET的可能。

文献Short-circuit protection of 1200V SiC MOSFET T-type module in PVinverter application(Y.Shi et al.2016IEEE Energy Conversion Congress andExposition,Milwaukee,WI,2016,pp.1-5.)在检测到短路故障后立即采取降低栅极电压方法减小短路电流，实现软关断。这种方法延长了短路耐受时间，但是没有充分利用器件的短路耐受能力，无法实现短路故障穿越。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种多级降栅压型SiC-MOSFET驱动电路。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种多级降栅压型SiC-MOSFET驱动电路，其特征在于，包括短路检测电路关断逻辑控制电路、图腾柱电路、第一级降栅压电路和第二级降栅压软关断电路；

所述短路检测电路包括第一比较器、缓冲电阻、缓冲电容和第二比较器；所述第一比较器同相输入端与检测电压v_desat相连，反相输入端与阈值电压V_ref相连，该连接点同时与第二比较器的反相输入端连接；所述第一比较器输出引脚与缓冲电阻一端连接，该连接点同时与第一级降栅压电路的第三开关管门极连接；所述缓冲电阻的另一端与缓冲电容的一端连接，该连接点同时与第二比较器的同相输入端引脚连接，缓冲电容的另一端接地；所述第二比较器的输出与关断逻辑控制电路的输入引脚1连接；

所述关断逻辑控制电路的输入引脚2连接PWM驱动信号，输入引脚3连接第一比较器的输出，输出引脚4与第二级降栅压软关断电路的第四开关管门极相连，输出引脚5连接EN使能端；