[发明专利]一种针对SiC MOSFET消隐时间可调的抗干扰短路保护电路

说明书

本发明涉及一种针对SiC MOSFET消隐时间可调的抗干扰短路保护电路，包括：Vds监测模块，用于监测SiC MOSFET的源漏电压Vds；Vds比较模块，用于将监测到的源漏电压Vds与阈值进行比较，并输出逻辑信号，还包括：寄存器模块，用于存储所述逻辑信号；时钟产生模块，与所述寄存器模块相连，用于产生所述寄存器模块的所需的工作时钟信号；消隐时间配置模块，与所述寄存器模块相连，用于调节所述寄存器模块的有效位数和工作时钟频率；逻辑处理模块，用于根据所述寄存器模块中存储的逻辑信号，在发生短路时输出短路保护信号。本发明能够调整消隐时间，且具有较强的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种针对SiC MOSFET消隐时间可调的抗干扰短路保护电路。

背景技术

SiC-MOSFET作为第三代宽禁带功率半导体器件，与传统Si-IGBT相比，具有开关速度快，击穿电压高，耐高温，封装紧凑，电流密度大等优点，其可以广泛应用于高频高压功率变换器领域，如电动汽车，光伏逆变，轨道交通等。与此同时，SiC MOSFET较快的开关速度和较大的电流密度，导致其短路耐受时间较短，通常低于3μs。

SiC MOSFET短路情况分为两种，一种是在SiC MOSFET开启前功率回路已经发生短路，SiC MOSFET开启后电流迅速上升，且源漏电压Vds保持母线电压不变，这种情况称为硬开启短路。另一种是在SiC MOSFET开启后的导通状态下发生短路，此时SiC MOSFET的源漏电压Vds迅速从导通压降上升至母线电压，同时电流也迅速上升，这种情况称为负载短路。若不采取措施及时关断SiC MOSFET，这两种短路情况都会导致SiC MOSFET功耗迅速上升，直至烧毁。

为了对SiC MOSFET进行有效的短路保护，在短路发生后，需要迅速的探测到短路情况，并尽快将SiC MOSFET关断。目前针对SiC MOSFET的短路保护问题，仍然广泛沿用传统Si-IGBT常用的去饱和DESAT(Desaturation)方案。去饱和保护方案的思想是监测SiCMOSFET源漏电压Vds，将源漏电压Vds与一个参考电压进行比较，参考电压通常设定为高于器件导通压降的一个值；SiC MOSFET正常开启或导通时，源漏电压Vds应低于参考电压，如图1所示。去饱和保护方案的基本工作原理如下：对于硬开启短路情况(如图2所示)，在SiCMOSFET栅极驱动信号(V_drive_logic)拉高之后，经过一个固定的消隐时间后，检测源漏电压Vds是否下降至阈值电压以下。若源漏电压Vds降至阈值电压以下，判定SiC MOSFET开启正常；若源漏电压Vds没有降至阈值电压，判定SiC MOSFET发生硬开启短路，同时将短路信号反馈给保护电路，将SiC MOSFET关断。对于负载短路情况(如图3所示)，在SiC MOSFET导通后，监测源漏电压Vds是否在阈值电压以下。如果源漏电压Vds在阈值电压以下，判定SiCMOSFET工作在正常导通状态；若源漏电压Vds超过了阈值电压，判定SiC MOSFET发生了负载短路，同时将短路信号反馈给保护电路，将SiC MOSFET关断。

消隐时间决定了去饱和短路保护方案对上述两种短路情况的检测延时。延时太短，保护电路容易误触发；延时太长，无法有效保护SiC MOSFET。目前去饱和短路保护方案的消隐时间是通过电流源给电容充电至阈值电压来设置，即消隐时间为其中C_DESAT为消隐电容值，V_{DESAT_TH}为保护阈值参考电压，I_DESAT为给消隐电容充电的电流值，传统的去饱和电路如图4所示。这里存在几个问题：一是消隐时间较长，且受电流源误差和电容值误差影响较大，难以精确设置；二是需要片外的消隐电容，因此去饱和保护方案难以单芯片集成，三是抗干扰能力较差，若源漏电压Vds发生振荡，可能造成误判。与传统Si-IGBT相比，SiC MOSFET开关速度快，开关振荡较为明显，因此上述去饱和方案无法完全适用于SiC MOSFET。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对SiC MOSFET消隐时间可调的抗干扰短路保护电路，能够调整消隐时间，且具有较强的抗干扰能力。