[发明专利]三电平一体式SiC-Mosfet驱动系统及驱动控制方法

说明书

本发明涉及一种三电平一体式SiC‑Mosfet驱动系统，针对采用SiC‑Mosfet的I型三电平逆变器进行驱动设计，驱动系统采用一体化设计，集成了SiC‑Mosfet模块、栅极驱动板、控制板，控制板通过绝缘连接柱安装在各栅极驱动板上，控制板上集成有处理器，栅极驱动板上集成有栅极驱动电路与短路保护电路。本发明模块化程度高，结构紧凑。同时，本发明还涉及一种驱动控制方法，在SiC‑Mosfet发生短路时，短路保护电路能够检测出短路故障，FPGA芯片对各SiC‑Mosfet的驱动信号进行统一判断，采用分级关断策略，在内管故障时，按内外管关断顺序关断，在外管故障时，控制先关断外管，后关断内管，保证SiC‑Mosfet在短路耐受时间内安全关断；采用分级关断策略，在降低系统关断损耗的同时降低了系统过电压和电磁干扰。

技术领域

本发明属于牵引逆变技术领域，尤其涉及一种三电平一体式SiC-Mosfet驱动系统及驱动控制方法。

背景技术

目前，大功率三电平逆变器多采用Si-Igbt作为核心功率器件，相比于Si-Igbt，SiC-Mosfet具有高耐压、低阻抗以及低开关损耗，可大幅减少功率模组的功率损耗，因此，可采用SiC-Mosfet替代Si-Igbt作为三电平逆变器的核心功率器件。但SiC-Mosfet相比于Si-Igbt其短路耐受能力较低，Si-Igbt短路耐受能力约为10us，SiC-Mosfet其短路耐受能力仅约3us，因此，SiC-Mosfet的短路保护成为三电平一体式SiC-Mosfet驱动系统设计的难点。且由于SiC-Mosfet开关速度快，且关断时di/dt值大，约为Si-Igbt的几倍至几十倍，易产生过压损坏功率器件或造成较大的电磁干扰。同时，I型三电平电路需满足“先关外管，再关内管”以及“先开内管，再开外管”的通断时序控制条件，否则单管将承受整个母线电压导致损坏。因此，SiC-Mosfet在短路时刻需要保证系统在3us内完全关断，且又需符合正常关断顺序。

同时，现有的三电平逆变器的驱动板多采用一对一模式设计，每个SiC-Mosfet各采用一套驱动板，驱动设计复杂，不利于实现同时驱动多个模块工作。且现有驱动器提供的内管关断电路，虽然能有效抑制SiC-Mosfet关断时的过电压应力，但分级关断时后导致关断时间延长，不能控制多个SiC-Mosfet在3us短路时间内安全关断。

因此，有必要对现有的I型三电平逆变器的驱动系统进行改进，以满足SiC-Mosfet的短路保护与分级关断要求。

发明内容

本发明针对采用SiC-Mosfet的I型三电平逆变器驱动设计，提供了一种三电平一体式SiC-Mosfet驱动系统及驱动控制方法，采用一体式驱动板设计，通过处理器对SiC-Mosfet模块的驱动信号进行统一判断，保证了SiC-Mosfet在短路耐受时间内安全关断。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三电平一体式SiC-Mosfet驱动系统，包括SiC-Mosfet模块、栅极驱动板以及控制板，所述SiC-Mosfet模块包括由上桥臂SiC-Mosfet组成的第一模块、由下桥臂SiC-Mosfet组成的第二模块、以及由连接上、下桥臂两个中性点的SiC-Mosfet组成的第三模块，所述第一模块、第二模块以及第三模块均安装有独立的栅极驱动板；所述控制板通过绝缘连接柱安装在各栅极驱动板上。

优选的，所述控制板上集成有处理器，处理器将SiC-Mosfet模块状态上传至主控单元，并接收主控单元反馈的外部控制信号，经逻辑处理后，向栅极驱动板发送脉冲通断控制信号；所述处理器包括外部信号处理单元、内部信号处理单元、脉冲判断单元以及栅极驱动执行单元；所述外部信号处理单元、内部信号处理单元分别与脉冲判断单元连接，所述脉冲判断单元与栅极驱动板执行单元连接；

所述内部信号处理单元接收SiC-Mosfet模块的状态信息，并进行故障判断与关断等级判断，输出故障判断信息与关断等级信息至脉冲判断单元；