[发明专利]一种高开通性能的SiC MOSFET驱动电路

说明书

本发明公开了一种高开通性能的SiC MOSFET驱动电路，该所述驱动电路包括与栅极电阻Rsubgt;g/subgt;相互并联的变栅极电阻辅助电路，栅极电阻Rsubgt;g/subgt;的一端连接到PWM驱动电路的输出端，另外一端连接到SiC MOSFET的栅极，所述的变栅极电阻辅助电路仅由R‑C电路、三极管开关器件Q、辅助电阻Rsubgt;assit/subgt;和二极管Dsubgt;1/subgt;组成。该驱动电路结构简单，不需要复杂的比较控制电路、逻辑控制电路和开关用的栅极电阻，也不需要数字处理器进行控制。与无辅助电路的SiC器件门极驱动技术相比开通速度更快、开通后电流振荡更少，能够减少开通损耗，提高系统效率与可靠性。

技术领域

本发明属于半导体器件驱动技术领域，更具体地，涉及一种高开通性能的SiCMOSFET驱动电路。

背景技术

传统Si材料功率器件的禁带宽度较窄，阻断电压低，在能耗、工作温度以及开关频率方面都难以满足新一代功率系统的要求，成为了电力电子技术发展的瓶颈。SiC作为一种具有宽禁带、高击穿电压的新型半导体材料，其禁带宽度约为Si材料的3倍，击穿电压是Si材料的10倍以上。与传统的Si基功率器件相比，SiC MOSFET具有较高的阻断电压、较低的通态电阻、良好的导热特能、高速开断能力等优点，在电动汽车驱动、航天航空、新能源工业等应用领域拥有传统功率器件无法比拟的巨大优势。

虽然SiC MOSFET在应用中具有较多的优势，但是因为其具有非常高的开关速度，导致SiC MOSFET对驱动电路的封装、布线、线路的杂散寄生电感以及器件自身节电容非常敏感，主要体现在高电压、高功率和高开关速度的应用下，SiC MOSFET开通和关断时容易产生很高的dv/dt和di/dt，造成电流过冲、电压过冲、且具有长时间的开关振荡等问题，会显著增加器件损耗，严重影响系统的效率、电磁兼容等性能，降低系统可靠性。

为了保护SiC器件通常会采取措施抑制过电流和过电压，主要包括变驱动电阻、变驱动电压、变驱动电流和增加缓冲电路的方法，这些方法都在一定程度上抑制了电流和电压的过冲量，减小系统损耗，提高系统可靠性。

通过改变不同阶段的驱动电压控制开关速度，如发明专利(专利号CN201810581095)《基于栅极升压的SiC MOSFET驱动电路》、(专利号CN201610551724)《一种适用于直流固态功率控制器的SiC MOSFET渐变电平驱动电路及方法》、(专利号CN201810581095.9)《基于栅极升压的SiC MOSFET驱动电路》。

多驱动电阻控制法通过改变不同阶段的驱动电阻值控制开关速度，如发明专利(专利号CN201710341561.1)《一种自适应调节驱动电阻的SiC MOSFET驱动电路》、(专利号CN201810175507.9)《优化碳化硅MOSFET开通波形的开环驱动电路》。

然而，目前SiC功率器件抑制电压电流过冲方法所存在的缺陷：

1)增大栅极电阻或并联栅源极电容：可以延缓电流的上升和下降时间，但增加了开关延时和米勒平台时间，使SiC MOSFET产生更大的开关损耗，影响转换器的效率。

2)使用缓冲电路：可以有效降低SiC MOSFET关断过电压，但无法降低开通过电流。此外，缓冲电路需要用到高压器件，不仅不会减小电路的损耗，反而会带来更大的附加损耗。

3)闭环式主动驱动电路：可以做到精确的控制开关过程的波形，抑制电压电流尖峰和降低开关损耗，但是实现较复杂，需要用到高速高带宽运放、D/A转换芯片和FPGA等器件，实现成本昂贵，控制延时较长。如发明专利(专利号：CN201511014563.7)《IGBT闭环主动驱动电路及其驱动方法》中有诸多比较和判断环节，容易造成驱动稳定性和延时性问题。