[发明专利]同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路及方法

权利要求书

1.一种同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路由高边驱动器、低边驱动器、高边辅助单元以及低边辅助单元组成；

所述高边驱动器，其中U_{1_H}和U_{2_H}分别为高边SiC开关管Q_H的导通电压和关断电压，S_{1_H}和S_{2_H}分别为高边SiC开关管Q_H的导通开关和关断开关；

所述低边驱动器，其中U_{1_L}和U_{2_L}分别为低边SiC开关管Q_L的导通电压和关断电压，S_{1_L}和S_{2_L}分别为低边SiC开关管Q_L的导通开关和关断开关；

所述高边辅助单元，包含驱动电阻R_H、二极管D_H、NPN管T_{1_H}、PNP管T_{2_H}、T_{1_H}基极限流电阻R_{1_H}和T_{2_H}基极限流电阻R_{2_H}，其中，只需为T_{1_H}和T_{2_H}发射极提供正反向偏置而控制其通断；

所述低边辅助单元，包含驱动电阻R_L、二极管D_L、NPN管T_{1_L}、PNP管T_{2_L}、T_{1_L}基极限流电阻R_{1_L}和T_{2_L}基极限流电阻R_{2_L}，其中只需为T_{1_L}和T_{2_L}发射极提供正反向偏置而控制其通断；

通过对输出电压U_o采样与处理，控制电路产生可调节的脉宽调制信号PWM_H与PWM_L，并经过驱动电路，输出对应的驱动信号S_H与S_L，分别驱动高、低边SiC开关管Q_H与Q_L，从而使变换器在输入电压U_in调节的情况下，保持输出电压U_o恒定；所述同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路的驱动方法包含以下工作步骤：

步骤1），当Q_H处于导通状态且Q_L处于关断状态时，高边驱动器中S_{1_H}导通且S_{2_H}关断，低边驱动器中S_{1_L}关断且S_{2_L}导通，驱动回路中无电流流过，即R_H与R_L上的电压值为0，使T_{1_H}、T_{2_H}、T_{1_L}和T_{2_L}处于截止状态，辅助单元不工作；

步骤2），在Q_H关断的过程中，高边驱动器中S_{1_H}关断且S_{2_H}导通，高边辅助单元中R_H上的电压使T_{1_H}发射极反偏、T_{2_H}发射极正偏，即T_{1_H}关断且T_{2_H}导通，加快Q_H的关断速度，同时Q_H与Q_L换流，Q_L的寄生电容C_{gd_L}开始放电，放电电流分别流经C_{gs_L}和R_L，在低边辅助单元中，R_L上的电压使T_{1_L}发射极正偏、T_{2_L}发射极反偏，即T_{1_L}导通且T_{2_L}关断，二极管D_L正向导通，从而使Q_L的栅源极电压钳位于其关断负压U_{2_L}处，避免Q_L的驱动信号因振荡而超过其最大关断负压值，导致器件损坏；

步骤3），在Q_H与Q_L换流过程结束后，Q_H与Q_L均处于关断状态，高边驱动器中S_{1_H}关断且S_{2_H}导通，低边驱动器中S_{1_L}关断且S_{2_L}导通，驱动回路中无电流流过，即R_H与R_L上的电压值为0，使T_{1_H}、T_{2_H}、T_{1_L}和T_{2_L}处于截止状态，辅助单元不工作；

步骤4），在Q_L导通的过程中，低边驱动器中S_{1_L}导通且S_{2_L}关断，在低边辅助单元中，R_L上的电压使T_{1_L}发射极正偏、T_{2_L}发射极反偏，即T_{1_L}导通且T_{2_L}关断，但此时二极管D_L反向截止，其与T_{1_L}的支路处于断路状态，表明辅助单元不工作；

步骤5），当Q_H处于关断状态且Q_L处于导通状态时，驱动回路中无电流流过，即R_H与R_L上的电压值为0，使T_{1_H}、T_{2_H}、T_{1_L}和T_{2_L}处于截止状态，辅助单元不工作；

步骤6），在Q_L关断的过程中，低边驱动器中S_{1_L}关断且S_{2_L}导通，低边辅助单元中R_L上的电压使T_{1_L}发射极反偏、T_{2_L}发射极正偏，即T_{1_L}关断且T_{2_L}导通，加快Q_L的关断速度；

步骤7），在Q_H导通的过程中，高边驱动器中S_{1_H}导通且S_{2_H}关断，Q_H与Q_L的体二极管换流，Q_L的寄生电容C_{gd_L}开始充电，充电电流分别流经C_{gs_L}和R_L，在低边辅助单元中，R_L上的电压使T_{1_L}发射极反偏、T_{2_L}发射极正偏，即T_{1_L}关断且T_{2_L}导通，从而使Q_L的栅源极电压钳位于其关断负压U_{2_L}处，避免Q_L的驱动信号因振荡而引起误导通，造成变换器输入正负端短路。