[发明专利]一种碳化硅器件的门极驱动电路及驱动方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅器件的门极驱动电路及驱动方法，能够抑制导通过程中电流过冲，有效的提高电路系统的可靠性，减小了碳化硅器件的导通损耗。门极驱动电路包括：驱动模块、分压模块、积分模块及差分模块；驱动模块根据脉冲宽度调制信号生成原始驱动信号；分压模块对原始驱动信号进行分压处理，得到第一电压信号和第二电压信号，将第一电压信号发送至积分模块，将第二电压信号发送至差分模块；积分模块对第一电压信号进行预置时间的延迟处理；差分模块对延迟处理后的第一电压信号和第二电压信号进行差分运算，得到输出信号，使得在预置时间之前，输出信号为第二电压信号，在预置时间之后，输出信号的电压值小于第二电压信号的电压值。

技术领域

本发明涉及电路领域，特别是涉及一种碳化硅器件的门极驱动电路及驱动方法。

背景技术

传统硅(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。碳化硅(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电压变化率(dv/dt)和电流变化率(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，现有的变驱动电阻的方法虽然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SiCMOSFET产生更大的开关损耗，影响转换器的效率；现有的增加缓冲电路的方法虽然可以有效降低SiC MOSFET关断过电压，但无法降低开通过电流，并且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；现有的闭环式主动驱动电路虽然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；现有的多驱动电阻控制法在延时阶段、电流上升阶段与米勒平台阶段投切电阻控制开关速度，每一条并联支路都含有一个双向开关，由于SiCMOSFET的开关过程短暂，需要为双向开关增加更快速的驱动电路，一般采用CPLD/FPGA实现多驱动电阻控制，增加了系统的成本和复杂性。

因此，现有的技术均无法同时解决电流过冲、系统可靠性和导通损耗的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅器件的门极驱动电路及驱动方法，能够抑制导通过程中电流过冲，有效的提高电路系统的可靠性，减小了碳化硅器件的导通损耗。

本发明第一方面提供一种碳化硅器件的门极驱动电路，包括：

驱动模块、分压模块、积分模块及差分模块；

驱动模块与分压模块连接；

分压模块与积分模块及差分模块连接；

差分模块与积分模块、分压模块及碳化硅器件的栅极连接；

驱动模块根据脉冲宽度调制信号生成原始驱动信号，将原始驱动信号发送至分压模块，原始驱动信号的电压值为碳化硅器件的正驱动电压值；

分压模块对原始驱动信号进行分压处理，得到第一电压信号和第二电压信号，将第一电压信号发送至积分模块，将第二电压信号发送至差分模块，第二电压信号与原始驱动信号相同；