[发明专利]具有保护功能的高压绝缘隔离SiC MOSFET栅驱动电路

说明书

本发明公开了一种具有保护功能的高压绝缘隔离SiC MOSFET栅驱动电路，该电路包括：输入接收电路、数据通道数字控制电路、数据通道调制发送电路、数据通道高共模瞬态抑制差分信号接收电路、保护通道数字控制电路、保护通道调制发送电路、保护通道高共模瞬态抑制差分信号接收电路、输出驱动电路、发送端低压产生电路、接收端低压产生电路、高压隔离电路。本发明一方面采用高精度保护电路，以避免SiC MOSFET脱离其安全工作区，提高可靠性；另一方面，采用高压绝缘隔离技术，可实现超高耐压绝缘电容；此外，自动检测地电位共模瞬态噪声的大小，并在噪声超过阈值时对共模瞬态噪声产生的误差进行动态补偿。本发明可以广泛应用于驱动各类高压SiCMOSFET和IGBT器件。

技术领域

本发明涉及一种具有保护功能的高压绝缘隔离SiC MOSFET栅驱动电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

随着Si基超结MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现和应用普及，硅器件由于其本身物理特性的限制，已经开始不适用于一些高压、高温、高效率及高功率密度的应用场合。与Si材料相比，SiC材料较高的热导率决定了其高电流密度的特性，较高的禁带宽度又决定了SiC器件的高击穿场强和高工作温度。尤其在SiC MOSFET的开发与应用方面，与相同功率等级的Si MOSFET相比，SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。

由于SiC MOSFET器件特性与传统的Si MOSFET有较大差别，SiC MOSFET驱动电路的性能对于整机系统起着至关重要的影响。基于SiC器件的新一代电力电子整机系统对高压栅驱动芯片的驱动速度、智能化提出了更高的需求，从而进一步提高整机可靠性，并降低整机系统设计复杂度。相比于Si MOSFET，SiC MOSFET的寄生电容更小，两者相差超过十倍，因此SiC MOSFET对驱动电路的寄生参数更敏感。另一方面，SiC MOSFET的驱动电压范围通常为-5V～+25V，而传统的Si MOSFET的驱动电压范围为-30V～+30V。因此，SiC MOSFET与传统的Si MOSFET相比，安全阈值更小，驱动电路的一个电压尖峰很可能就会击穿栅源之间氧化层，这也是驱动电路的输出控制电平需要精心设计。

高压栅驱动芯片用于满足CPU控制器输出接口提供的小功率电平信号和大功率输出器件栅驱动所需要高压大电流信号之间转换驱动的需求。栅驱动IC在整机系统中的核心功能为将CPU控制器输出的小功率电平信号(1mA/3-5V)转换为大功率器件栅驱动所需要高压大电流信号(0.5～5A/5～20V)，将输出电流和输出电压摆幅进行放大；由于输出驱动对象为高压大电流器件，因此输出电路和输入电路之间的衬底电位存在很大的电压差，高低压电路之间必须进行电气隔离；另外，由于高压和低压区电路之间还必须进行信号连接，因此芯片内必须有负责隔离区两侧之间信号传输功能的隔离区信号传输模块。由于SiCMOSFET应用背景为大功率电力系统，因此在运行过程中必须保护SiC MOSFET以避免脱离其安全工作区，从而使寿命缩短甚至损坏，所以必须在驱动器中加入保护电路，当发生故障时能够快速有效的保护。因此，SiC MOSFET栅驱动电路内部通常要集成监测与保护电路，包括过压、欠压、过温以及过流保护等功能。

发明内容

本发明的目的是针对SiC MOSFET器件的驱动应用需求，提供一种基于绝缘隔离技术并且具有高共模瞬态噪声抑制特性的高压绝缘隔离SiC MOSFET栅驱动电路。

按照本发明提供的技术方案，所述的具有保护功能的高压绝缘隔离SiC MOSFET栅驱动电路包括：输入接收电路、数据通道数字控制电路、数据通道调制发送电路、第一高压隔离电路、保护通道高共模瞬态抑制差分信号接收电路、保护通道数字控制电路、保护通道调制发送电路、第二高压隔离电路、数据通道高共模瞬态抑制差分信号接收电路、输出驱动电路、发送端低压产生电路、接收端低压产生电路、发送端欠压保护电路、发送端过温保护电路、发送端过流保护电路、接收端欠压保护电路、接收端过温保护电路和接收端过流保护电路；