[发明专利]一种电动汽车电机控制器的SiC功率器件主动驱动电路

说明书

一种电动汽车电机控制器的SiC功率器件主动驱动电路，包括dI_D/dt检测电路、dV_DS/dt检测电路、反馈信号滤波电路、差分放大电路和功率放大电路，其中：差分放大电路通过功率放大电路连接至SiC功率器件的栅极，差分放大电路还连接有脉冲发生器V_gg以输入PWM驱动信号；反馈信号滤波电路连接于差分放大电路，dI_D/dt检测电路连接于SiC功率器件的源极与反馈信号滤波电路之间，dV_DS/dt检测电路连接于SiC功率器件的漏极与反馈信号滤波电路之间。本发明将漏极电流变化率和漏源极电压变化率直接反馈到驱动信号输入端以调制驱动信号，对开通过程电流上升阶段和关断过程电压上升阶段进行独立控制，采用简单的模拟电路实现，具有适用性强、实现简单、成本低、控制效果好的优势。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电动汽车电机控制器的SiC功率器件主动驱动电路。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染等问题的日益突出，新能源汽车已成为国际汽车业的聚焦点，得到了科技和政策的倾斜。新能源汽车的蓬勃发展也对新能源汽车的核心部件之一——电机控制器提出了新的要求，如更高的功率密度、更高的运行效率和更高的可靠性，而现有硅功率半导体器件性能已接近硅基材料所能承受的极限，难以满足更高的要求。SiC 功率器件作为典型的宽禁带半导体器件，具有高开关速度、低导通损耗和高热导率等优点，将其应用于电动汽车控制器能够实现功率密度倍增、效率与可靠性的同时提升。

虽然SiC 功率器件具有多项优势，但其高速开关过程使其对寄生参数非常敏感，会在高速开关过程中产生许多问题。一方面，SiC 功率器件高速开关时的di/dt，经过电路寄生电感后产生过电压/过电流和振荡，造成电磁干扰，影响电力电子装置的稳定安全运行；另一方面，过电压/过电流会增加器件所承受的电流/电压应力，造成额外损耗，加速器件的老化，缩短器件的寿命。此外，过电压和过电流问题的存在使得在设计电机控制器时需要考虑更大的器件裕量，选用容量更大的器件，造成成本的增加。

从器件的驱动层面而言，降低开关过程过电压与过电流的方法主要是采用具有不同驱动控制策略的驱动电路降低开关速度。从控制策略角度出发，这些驱动电路可分为被动式驱动电路和主动式驱动电路。被动式驱动电路一般在驱动电路中添加无源器件，如采用较大阻值的驱动电阻或者并联栅源极电容来调整SiC 功率器件的开关特性，降低开关速度，从而降低开关过程中电压/电流峰值和振荡。被动式驱动电路的特点是驱动电路的驱动参数在器件的开关过程中始终保持不变，驱动电压、驱动电阻等参数是预先设置的，在开关过程中不可调节。与被动式驱动电路不同，主动式驱动电路的驱动参数（驱动电压、驱动电阻、驱动电流）在器件的开关过程中可以根据开关特性主动调节，在不同的阶段采用不同的驱动电阻、驱动电压或驱动电流进行驱动，这种能够在开关过程中调整驱动参数的特性使得主动驱动电路具有更好的驱动效果。根据开关过程中调整驱动参数的控制方式不同，主动式驱动电路可分为开环驱动电路和闭环驱动电路。开环驱动电路根据SiC 功率器件的开关特性，在不同阶段中分别采用不同的门极电阻、门极电压或门极电流进行驱动，但没有形成闭环反馈控制，驱动参数的调整是离散的，驱动参数调整的控制策略一般按SiC 功率器件的参数特性和应用工况预先设置的。如发明专利（专利号CN201810581095）《基于栅极升压的SiC 功率器件驱动电路》、（专利号CN201610551724）《一种适用于直流固态功率控制器的SiC 功率器件渐变电平驱动电路及方法》等采用多电平控制驱动方法，通过改变不同阶段的驱动电压来调整开关速度，抑制电压电流过冲。发明专利（专利号CN201710341561.1）《一种自适应调节驱动电阻的SiC 功率器件驱动电路》、（专利号CN201810175507.9）《优化碳化硅功率器件开通波形的开环驱动电路》等采用多驱动电阻驱动控制方法，通过改变不同阶段的驱动电阻值控制开关速度。