[实用新型]优化碳化硅MOSFET开通波形的开环驱动电路

说明书

本实用新型公开了一种优化碳化硅MOSFET开通波形的开环驱动电路，包括：驱动电压波形发生器，用于产生一个预设上升沿的驱动电压波形；变门极驱动电阻控制电路，用于在开通暂态过程的不同阶段控制门极驱动电阻的大小，其中，在电流上升阶段，碳化硅MOSFET的栅源电压变化率和驱动电压上升变化率一致，以通过控制驱动电压上升变化率控制电流上升变化率和反向电流；在电压下降阶段，增加门极电流，以加速电压下降过程，并减小开通损耗；在稳定导通阶段，增加门极阻尼电阻，以在不影响开关速度下，抑制门极电压超调。该驱动电路结构简单，较易实现，成本较低，可在减小开通损耗的情况下，同时抑制反向电流尖峰和门极电压超调。

技术领域

本实用新型涉及电力电子电路技术领域，特别涉及一种优化碳化硅MOSFET开通波形的开环驱动电路。

背景技术

碳化硅MOSFET是一种新型的电力半导体，目前离大规模产业化尚有一定距离。由于碳化硅器件开关速度快，门极电压会有较为严重的门极震荡和超调，可能击穿门极氧化层造成器件永久失效，较大的电流变化率会带来较严重的电磁干扰和较大的开通反向电流。虽然CREE等厂家提供了驱动，但是该驱动只能通过改变门电阻改变碳化硅MOSFET的开关暂态过程，只能平衡折中门极电压超调和开关损耗、开关速度和开关损耗，难以实现碳化硅MOSFET的优化驱动。闭环驱动电路常用于硅IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)的优化驱动，需要额外的检测电路和反馈电路，但由于碳化硅MOSFET开关速度快，对检测电路和反馈电路的带宽要求和抗干扰能力要求很高，实现复杂，难以用于工程应用。

开环驱动电路不需要检测电路和反馈电路即可优化碳化硅MOSFET的开通波形。图1是一种用于碳化硅MOSFET的开环驱动电路，在电流上升阶段使用较大电阻R_gon，控制电流上升变化率和反向电流尖峰，通过延时电路控制开关管Qbst，使其在电压下降阶段开通，并通过电阻Rbst注入额外的门极电流，加速电压下降变化率，减小开通损耗。工作原理如下：

t0-t2：Qbst处于关段状态，驱动电压VCC通过门极电阻R_gon给碳化硅MOSFET输入电容C_iss(C_gs和C_gd之和)充电，控制电阻R_gon可控制电流上升变化率和反向电流；

t2-t3：控制延时时间使Qbst在该阶段开通，驱动电压VCC通过门极电阻R_gon和Rbst给门极充电。电阻Rbst支路会产生额外的门极电流Igbst，加速电压下降过程，减小开通损耗。

相关技术的驱动电路可以控制反向电流的同时优化开通损耗，但却存在以下缺点：

1)延时时间固定，只能在特定的负载条件下，具有较好的优化效果；

2)门极电压超调严重，门极电压超调通常存在在t3-t4阶段，该阶段门极阻尼电阻是R_gon和Rbst并联的等效电阻，阻尼较小，门极电压尖峰会更大。

综上所述，相关技术优化碳化硅MOSFET开通波形时，分为闭环驱动和开环驱动两大类。闭环驱动存在电路复杂，成本昂贵，检测电路易受干扰等缺点。开环驱动电路虽然电路简单、较易实现等优点，但目前的开环驱动很难实现在优化开通损耗的情况下，同时抑制反向电流尖峰和门极电压超调。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型的目的在于提出一种优化碳化硅MOSFET开通波形的开环驱动电路，该驱动电路结构简单，较易实现，成本较低，可在减小开通损耗的情况下，同时抑制反向电流尖峰和门极电压超调。