[发明专利]用于宽禁带半导体SiC MOSFET的短路保护结构及保护方法

说明书

本发明为用于宽禁带半导体SiC MOSFET的短路保护结构及保护方法，包括比较和逻辑关断电路、RCD积分电路、复位电路，所述RCD积分电路包括积分电容Csubgt;f/subgt;、积分电阻Rsubgt;f/subgt;、阻断二极管Dsubgt;blo/subgt;、接地电阻Rsubgt;gro/subgt;，接地电阻Rsubgt;gro/subgt;并联在阻断二极管Dsubgt;blo/subgt;两端，阻断二极管Dsubgt;blo/subgt;的正极端依次连接积分电阻Rsubgt;f/subgt;、积分电容Csubgt;f/subgt;；积分电容Csubgt;f/subgt;的另一端接地Vsubgt;s/subgt;,积分电容Csubgt;f/subgt;的接地端连接SiC MOSFET的开尔文源极，阻断二极管Dsubgt;blo/subgt;的负极端连接SiC MOSFET的功率源极；RCD积分电路的输出端从积分电容Csubgt;f/subgt;和积分电阻Rsubgt;f/subgt;之间引出，分别接入比较和逻辑关断电路、复位电路中。减小了传统的di/dt‑RC检测在负载短路故障情况下存在的巨大检测误差。在FUL故障下，本申请将短路保护的误差从51.3％降低到6.4％，保护时间缩短了50ns。

技术领域

本发明涉及用于宽禁带半导体SiC MOSFET的短路保护结构及保护方法。

背景技术

SiC MOSFET短路保护策略比IGBT更为重要和困难。这有三个原因。首先，SiCMOSFET工作场所面临着更严重的电磁干扰(EMI)问题，这可能导致控制信号部分出现错误，并最终导致短路故障。其次，SiC MOSFET的短路电流更高，芯片尺寸更小，因此其短路耐受时间比IGBT短。第三，随着温度的变化，SiC MOSFET的静态特性变化更大，这使得应用最广泛的退饱和检测技术的可靠性变低。

目前，SiC MOSFET短路保护大多借用IGBT短路保护方式，主要包括退饱和检测，电流传感器检测，采样电阻检测，di/dt检测。其中，传统的di/dt检测使用SiC MOSFET自身的寄生电感进行电流采集。使用RC积分电路(低通滤波器)还原电流波形。最后，添加比较，锁存和逻辑关断后即可实现SiC MOSFET的短路保护。但di/dt检测在负载短路故障(FUL)的情况下存在一些问题，下面将做详细说明。

传统的di/dt检测原理

为了与发明的检测方法相区别，之后将传统的di/dt检测统称为di/dt-RC检测。

A.基本原理和计算

常见的di/dt-RC检测原理如图1所示。从右到左分为三部分：微分电路，积分电路，比较和逻辑关断电路。下面将介绍这三个电路。

在微分电路中，通过SiC MOSFET的开尔文源极和功率源极之间的寄生电感L_Ss获得漏源电流i_DS的微分信息。寄生电感L_Ss两端的电压为：

其中di_DS/dt代表漏源电流i_DS的微分，V_Ss为寄生电感电压。

在积分电路中，将微分电路得到的寄生电感电压V_Ss信号进行积分，得到与漏源电流i_DS成比例的积分电容输出电压V_o，二者的比例系数约为A，按照公式(2)求得：

上式中，R_f、C_f和V_o分别是RC积分器的积分电阻、积分电容和积分电容输出电压，A定义为积分器输出电压(积分电容输出电压V_o)与实际电流(漏源电流i_DS)的比例值。