[发明专利]基于dv/dt检测的抑制SiC MOSFET串扰的钳位有源驱动电路

说明书

本申请提出一种基于dv/dt检测的抑制SiC MOSFET串扰的钳位有源驱动电路，涉及电力电子技术领域，钳位有源驱动电路包括：驱动推挽电路、驱动电阻R_g、dv/dt检测电路和钳位电路，可以通过检测dv/dt变化率，将其转化为电压信号并作为钳位电路的输入，通过钳位电路使得被驱动功率SiC MOSFET栅源电压在受到干扰后能快速稳定至关断偏置电压V_EE，解决高频大功率变换器中SiC MOSFET应用中出现的串扰问题，可以保护被驱动SiC MOSFET在发生正向串扰时不会误导通，在发生负向串扰时不会过压击穿，有效地抑制桥臂电路中SiC MOSFET的栅源极电压产生的串扰问题。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于dv/dt检测的抑制SiC MOSFET串扰的钳位有源驱动电路。

背景技术

通常，硅基电力电子器件由于其材料特性的限制，已经无法满足如今电力电子领域对于半导体器件的高性能要求。近些年，以碳化硅(SiC)功率器件为代表的宽禁带半导体材料应运而生，相比硅(Si)器件，SiC功率器件具有更低的导通电阻、更快的开关速度、更高的击穿电压和热导率等。这些优异的特性使得SiC功率器件在高频率和高功率密度方面有着显著的优势，然而，这一优势却迫使漏源电压和电流的变化率变得更高，严重影响了栅源电压的稳定性。以同步DC-DC以及三相DC-AC变换器为例，上桥臂和下桥臂的SiC MOSFET在开关瞬态期间产生的高dv/dt将导致SiC MOSFET栅源电压具有较大的尖峰和振荡。由于SiCMOSFET的正向阈值电压较低，正向的电压尖峰可能导致SiC MOSFET误导通，从而使得上下桥臂直通。直通电流不仅会增加额外的开关损耗，甚至会击穿SiC MOSFET。另外，过大的负向电压尖峰使得SiC MOSFET门极承受较大的电压应力，导致器件损坏。因此，在桥臂电路中，为了充分利用SiC MOSFET的优势，串扰必须得到抑制。

目前存在的抑制串扰的方法主要可以分为三类：1)降低栅极驱动电阻阻值或增加栅极-源极电容；2)采用一定的负压进行驱动；3)采用多电平驱动电压驱动。但是，如果仅降低栅极驱动电阻阻值或增加栅极-源极电容，就会影响SiC MOSFET的开通和关断速度。仅仅采用负压驱动的方法尽管可以将正向的栅源电压峰值控制在阈值电压以下，但是如果出现较大的负向电压尖峰将加剧栅源极的电压应力。同时，目前采用的多电平驱动的方法，大都需要增加额外的控制辅助开关，这大大增加了控制的复杂性。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于dv/dt检测的抑制SiC MOSFET串扰的钳位有源驱动电路，该钳位有源驱动电路可以通过检测dv/dt变化率，将其转化为电压信号并作为第一电压比较器U₁的正输入，第一电压比较器U₁的输出控制第一N沟道MOSFET的开通与关断，同时通过钳位电路中第一N沟道MOSFET反并联二极管进行电位检测，使得被驱动功率SiC MOSFET栅源电压在受到干扰后能快速稳定至关断偏置电压V_EE，这样可以有效地抑制桥臂电路中SiC MOSFET的栅源极电压产生的串扰问题。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于dv/dt检测的抑制SiCMOSFET串扰的钳位有源驱动电路，包括：

驱动推挽电路、驱动电阻R_g、dv/dt检测电路和钳位电路；

所述驱动推挽电路，用于产生驱动SiC MOSFET半导体场效应管的开通偏置电压V_CC和关断偏置电压V_EE；

所述驱动电阻R_g一端与所述驱动推挽电路输出连接，另一端与所述SiC MOSFET的栅极G端连接，用于控制SiC MOSFET的开通和关断速度；