[实用新型]一种基于短路电流抑制的SiC MOSFET短路保护电路

说明书

本发明提供一种基于短路电流抑制的SiC MOSFET短路保护电路，包括：逻辑单元、驱动单元、短路保护单元、V_DS检测单元以及V_G检测单元，本发明采用降低栅极电压V_G的方法抑制短路电流，从而降低短路故障对器件的冲击，减小了短路损耗，增大了短路耐受时间。当SiC MOSFET发生一类短路时，漏极电压V_DS将不会下降至导通压降，本发明通过判断漏极电压V_DS是否下降至导通压降来选择开通瞬态的栅极驱动电压，使栅极电压V_G钳位在较低的驱动电压等级；当SiC MOSFET发生二类短路时，栅极电压V_G将会发生突变，形成电压尖峰，本发明通过判断导通状态时栅极电压V_G是否出现电压尖峰来选择导通状态的栅极驱动电压，可在短路时将栅极电压V_G钳位在较低的驱动电压等级。

技术领域

本发明涉及一种基于短路电流抑制的SiC MOSFET短路保护电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)作为一种新型的宽禁带半导体材料，因其出色的物理及电特性正越来越受到电力电子行业的广泛关注。作为第三代功率半导体器件，SiC功率器件将成为未来功率变换器的主导器件。SiC MOSFET因其低导通电阻，高开关速率等性能优点，被认为是最有可能取代目前广泛应用的Si IGBT，然而在实际工程应用中，其过高的栅极电压使得SiCMOSFET的短路电流将会达到额定电流的近十倍之多，使得短路损耗和结温温升较为严重，SiC MOSFET 的短路耐受时间相比于相同规格的Si IGBT大大缩短。这就提高了对SiCMOSFET短路保护电路的设计要求。目前最为常用的短路保护电路是基于漏极电压的检测法，该方法的电路最为简单，但当发生一类短路时，为了避免误报故障，通常设置较长的消隐时间，导致短路故障持续时间被延长，而当发生二类短路时，其短路检测电路中滤波电容也会增加检测时间，因而采用该电路时，其短路损耗较高，增加了短路功率器件的冲击，此外在关断时过高的短路电流会增加漏极的过压尖峰，增加了漏极击穿的风险。

发明内容

本发明旨在克服现有技术上的不足，提出一种基于短路电流抑制的SiC MOSFET短路保护电路。该系统在传统短路故障保护的基础上，在不影响正常开通性能的前提下，能够降低短路电流，从而降低短路故障对器件的冲击，技术方案如下：

一种基于短路电流抑制的SiC MOSFET短路保护电路，包括：供电与信号隔离单元，逻辑单元，驱动单元，短路保护单元、V_DS检测单元以及V_G检测单元，其中：

所述的供电与信号隔离单元，用于将驱动的供电电源与信号与外部控制器隔离；

所述的驱动单元，用于向待测SiC MOSFET栅极提供开通与关断的驱动电压，以及在发生短路时降低驱动电压；

所述的短路保护单元，用于检测短路故障，并输出故障信号；

所述的V_DS检测单元，用于检测待测SiC MOSFET的漏极电压V_DS的状态，判断漏极电压是否进入导通压降状态，并输出漏极状态信号；

所述的V_G检测单元，用于检测待测SiC MOSFET的栅极电压V_G的状态，判断是否出现栅极过压尖峰，并输出栅极状态信号；

所述的逻辑单元，用于对故障信号、漏极状态信号、栅极状态信号以及开关信号进行逻辑组合，输出逻辑控制信号；

作为本发明的一种改进，所述的逻辑单元可采用数字芯片CPLD实现逻辑控制，逻辑程序更改较为方便，但需要增设电平转换电路，也可采用与、非门搭建模拟电路实现逻辑控制，该模拟电路无需电平转换，逻辑延时较短，但逻辑形式无法更改。