[发明专利]一种碳化硅MOSFET的栅极驱动器

说明书

本发明提供了一种碳化硅MOSFET的栅极驱动器，包括驱动逻辑控制电路，短路故障检测电路、驱驱动模块1、驱动模块2、驱动模块3、驱动模块4。本发明通过集成4个驱动模块，分别控制碳化硅MOSFET不同时刻的栅极电压变化，实现了开通栅极电平变化方式、关断栅极电平变化方式、软关断栅极电平变化可配置，实现对碳化硅MOSFET导通沟道宽度的控制，减小了开通时刻出现短路故障的短路电流，提高了碳化硅MOSFET工作的可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子技术全控型MOSFET和IGBT功率半导体栅极驱动技术领域，尤其涉及一种碳化硅MOSFET的栅极驱动器。

背景技术

碳化硅材料具有高击穿场强、宽禁带，高热导率，高电子饱和速度等特点，使得碳化硅功率器件相比于硅功率器件具有更高的工作频率，更低导通电阻，更高的工作温度。宽禁带半导体碳化硅器件尤其是碳化硅MOSFET的使用，进一步推动了电力电子变换器向高频、高功率密度发展。

碳化硅MOSFET得益于高击穿场强,将晶片的厚度和面积做得比较小，实现了低导通电阻的特性。然而更小的晶片面积和厚度影响了其对短路电流的耐受，一方面低导通电阻和更短的导电沟道导致了短路时短路电流上升速率更快，另一方面更小的晶片面积和厚度导致短路时碳化硅MOSFET的结温上升得比较快。另外碳化硅MOSFET更低的导通阈值电压和更要的导通栅极电压，在短路动作时需要更长的关断时间来使得栅极电压降低到阈值电压以下。因此在碳化硅MOSFET在开通时刻出现短路，将会比硅器件的IGBT和MOSFET更容易损坏。传统针对硅功率器件IGBT和MOSFET栅极驱动器，直接应用到碳化硅MOSFET驱动中，会因碳化硅MOSFET短路耐受低的特点，存在短路无法及时保护的风险。

目前针对硅功率器件IGBT和MOSFET的栅极驱动解决方案，在IGBT和MOSFET需要开通时在栅极施加一个正电压使IGBT和MOSFET快速开通。在IGBT和MOSFET需要关断时在栅极施加0或者负电压使IGBT和MOSFET快速关断。在出现短路故障时采用软关断和两电平关断的方案。在最常用的桥式电路中，当同一桥臂中的某一开关管器件损坏时，另一开关管在开通时会出现短路的情况。如果此时功率器件的栅极电压过高会导致IGBT和MOSFET短路时刻的饱和电流过大，使得IGBT和MOSFET的短路耐受时间降低。在当前常用的驱动方案中大多采用单电平将栅极电压迅速升高导通。此时的IGBT和MOSFET的电流增益大，饱和电流大。当出现短路情况发生时，过大的饱和电流会导致短路保护动作还没有完成保护动作前损坏IGBT和MOSFET，使得短路故障无法被阻止，造成更加严重的短路事故。另外现有栅极驱动器的开通方式、关断和短路时刻的关断的电平变化方式都比较固定，无法根据实际需求灵活配置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的硅IGBT和硅MOSFET栅极驱动电路直接应用到碳化硅MOSFET时存在的缺陷，解决碳化硅MOSFET开通时刻出现短路，短路电流过大，碳化硅MOSFET短路耐受时间不足，短路保护电路尚未动作碳化硅MOSFET就已损坏的问题，解决栅极开通电平变化方式，关断电平方式，软关断电平变化方式无法灵活配置的问题，本发明提供了一种碳化硅MOSFET栅极驱动电路。

本发明的目的是通过如下措施来达到开通栅极电平变化方式、关断电平方式、软关断电平变化可配置；限制开通时刻的短路电流，延长碳化硅MOSFET短路的耐受时间，提高碳化硅MOSFET的可靠性。

本发明的技术方案为：一种碳化硅MOSFET的栅极驱动器，包括驱动逻辑控制电路，短路故障检测电路、驱驱动模块1、驱动模块2、驱动模块3、驱动模块4；

所述驱动逻辑控制电路一端接收PWM驱动信号和输出驱动器工作状态，另一端分别和短路故障检测电路、驱驱动模块1、驱动模块2、驱动模块3、驱动模块4相连接。驱动逻辑控制电路根据PWM驱动信号和短路故障检测电路的信号控制驱驱动模块1、驱动模块2、驱动模块3、驱动模块4；