本發(fā)明涉及一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

驅(qū)動(dòng)電路廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部，用來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源中功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通與關(guān)斷。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，業(yè)界對(duì)開(kāi)關(guān)電源功率密度和效率的要求的不斷提高，高頻化高功率密度化是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)之一，而基于硅半導(dǎo)體材料的功率開(kāi)關(guān)器件經(jīng)過(guò)幾十年的飛速發(fā)展，性能接近其材料的理論極限，成為限制開(kāi)關(guān)電源性能進(jìn)一步優(yōu)化和發(fā)展的瓶頸；為解決這個(gè)問(wèn)題，基于以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料的功率開(kāi)關(guān)器件應(yīng)運(yùn)而生。碳化硅MOSFET具有耐壓高、導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)損耗小和工作頻率高等優(yōu)勢(shì)，為開(kāi)關(guān)電源的高頻化和高功率密度化的發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

碳化硅MOSFET由于材料的差異和應(yīng)用要求也導(dǎo)致其對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求與傳統(tǒng)硅MOSFET及IGBT存在一定的不同之處，具體包括碳化硅MOSFET需要更高驅(qū)動(dòng)電壓以獲得較低的導(dǎo)通電阻，關(guān)斷時(shí)需要加入一定的負(fù)壓以防止器件發(fā)生誤導(dǎo)通，減小驅(qū)動(dòng)回路的寄生參數(shù)和增大驅(qū)動(dòng)電流能力以獲得功率開(kāi)關(guān)管高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作、抑制碳化硅MOSFET在橋式電路中的串?dāng)_問(wèn)題等，這些都對(duì)碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路提出了更高的要求，若直接沿用現(xiàn)有硅MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)方案，很容易造成碳化硅MOSFET的失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，能夠提高碳化硅MOSFET的開(kāi)關(guān)速度，減小開(kāi)關(guān)損耗，進(jìn)而提開(kāi)關(guān)電源工作的開(kāi)關(guān)頻率；同時(shí)防止了寄生參數(shù)引起的碳化硅MOSFET誤動(dòng)作，提高了碳化硅MOSFET工作的可靠性。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，包括隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及電阻模塊，所述隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及電阻模塊依次連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊的正驅(qū)動(dòng)電壓為18V至22V，所述驅(qū)動(dòng)模塊的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為-2.5V至-4.5V。

進(jìn)一步地，所述電阻模塊的開(kāi)通電阻為2歐姆至8歐姆。

進(jìn)一步地，所述電阻模塊的關(guān)斷電阻小于或等于開(kāi)通電阻。

進(jìn)一步地，所述隔離模塊的CMTI大于或等于25kV/us。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，在經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了最優(yōu)的正向驅(qū)動(dòng)電壓(用于開(kāi)通碳化硅MOSFET)和負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓(用于關(guān)斷碳化硅MOSFET)范圍；通過(guò)應(yīng)用該最優(yōu)的正向驅(qū)動(dòng)電壓，使碳化硅MOSFET導(dǎo)通時(shí)具有較低的導(dǎo)通電阻，同時(shí)不易使器件因瞬時(shí)柵源極電壓超過(guò)其最大正向驅(qū)動(dòng)電壓而導(dǎo)致器件失效；通過(guò)應(yīng)用該最優(yōu)的負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓，使碳化硅MOSFET關(guān)斷時(shí)不易發(fā)生誤導(dǎo)通現(xiàn)象，同時(shí)也不易使器件因瞬時(shí)柵源極電壓超過(guò)其最低負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓而導(dǎo)致器件失效；

由于碳化硅MOSFET具有比傳統(tǒng)硅功率MOSFET和IGBT具有更快的開(kāi)關(guān)速度，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的電磁噪聲干擾，為了使控制系統(tǒng)的信號(hào)部分不受功率部分的影響，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路隔離部分耐受共模電的能力CMTI提出了一定的要求，經(jīng)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)其CMTI大于等于25kV/us時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)功率部分和信號(hào)部分良好的隔離效果，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。

對(duì)驅(qū)動(dòng)電阻進(jìn)行優(yōu)化配置，使用開(kāi)通電阻大于等于關(guān)斷電阻的搭配方案，有效抑制了碳化硅MOSFET在橋式電路的串?dāng)_問(wèn)題，提高碳化硅MOSFET在橋式電路中工作的可靠性。

附圖說(shuō)明

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。

圖2是本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)模塊電路圖一。

圖3是本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)模塊電路圖二。

圖4是本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的電阻模塊實(shí)施例一。

圖5是本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的電阻模塊實(shí)施例二。

圖6是本發(fā)明一種用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路的電阻模塊實(shí)施例三。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明用于碳化硅MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，包括隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及電阻模塊，所述隔離模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及電阻模塊依次連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊的正驅(qū)動(dòng)電壓為18V至22V，所述驅(qū)動(dòng)模塊的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為-2.5V至-4.5V，所述電阻模塊的開(kāi)通電阻為2歐姆至8歐姆，所述電阻模塊的關(guān)斷電阻小于或等于開(kāi)通電阻，所述隔離模塊的CMTI大于或等于25kV/us。

如圖2和圖3所示，驅(qū)動(dòng)單元中的開(kāi)關(guān)器件既可以基于MOSFET的圖騰柱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，也可以為基于三極管圖騰柱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，以及基于圖騰柱驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展出的其他驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，，其兩端分別與正向驅(qū)動(dòng)電壓VDD以及負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓VSS連接；

電阻單元既可以為一個(gè)電阻方案(即開(kāi)通電阻等于關(guān)斷電阻，如圖4所示)，也可以采用一個(gè)二極管與電阻串聯(lián)的支路與另一個(gè)電阻并聯(lián)的方案(這個(gè)方案可調(diào)節(jié)開(kāi)通電阻和關(guān)斷電阻的大小，如圖5所示)，還可選用開(kāi)通、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)通路相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)芯片，分別在對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)通路上放置相應(yīng)的開(kāi)通、關(guān)斷電阻的方案(如圖6所示)。

其中隔離模塊主要實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)部分與功率部分之間的隔離，避免功率器件的開(kāi)通關(guān)斷產(chǎn)生的噪聲對(duì)控制信號(hào)產(chǎn)生影響；驅(qū)動(dòng)模塊由驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)控制碳化硅MOSFET導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊把正向驅(qū)動(dòng)電壓通過(guò)電阻模塊施加到碳化硅MOSFET的柵-源極上，實(shí)現(xiàn)碳化硅MOSFET的導(dǎo)通；同理，當(dāng)控制碳化硅MOSFET關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊把負(fù)向驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)電阻模塊施加到碳化硅MOSFET的柵-源極上，實(shí)現(xiàn)碳化硅MOSFET的關(guān)斷。而通過(guò)改變電阻模塊中開(kāi)通、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電阻的阻值，可調(diào)節(jié)碳化硅MOSFET的開(kāi)通和關(guān)斷速度。

隔離模塊的共模電壓抑制比：

由于碳化硅MOSFET具有較高的開(kāi)關(guān)速度，其在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓變化率dv/dt和電流變化率di/dt相比于硅的MOSFET和IGBT也較大，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)電路所耐受的共模電壓變化率(Common Mode Transient Immunity,CMTI)也提出了更為苛刻的要求。通過(guò)測(cè)試，使用CMTI大于等于25kV/us的隔離驅(qū)動(dòng)方案可大幅度減輕系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)受到共模電壓的影響，提高系統(tǒng)的可靠性。

由于碳化硅MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的要求相比硅的MOSFET和IGBT而言更苛刻，通常在+25V～-10V之間，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中碳化硅MOSFET的柵-源極之間的正向電壓尖峰過(guò)高或負(fù)向電壓尖峰過(guò)低都可能導(dǎo)致碳化硅MOSFET的柵-源極被擊穿。因此，在碳化硅MOSFET的應(yīng)用中，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我們最終把碳化硅MOSFET的正驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置為18～22V之間，保證了碳化硅MOSFET的完全導(dǎo)通，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置為-2.5～-4.5V之間，保證了碳化硅MOSFET的可靠關(guān)斷。此外，合適的驅(qū)動(dòng)電阻選型還可有效降低系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)損耗以及系統(tǒng)的可靠性，同樣經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，我們?cè)趹?yīng)用碳化硅MOSFET時(shí)，選取的驅(qū)動(dòng)電阻為在2～8歐姆之間，可保證碳化硅MOSFET較低的開(kāi)關(guān)損耗，又可有效改善器件的可靠性。我們還通過(guò)采取開(kāi)通電阻和關(guān)斷電阻的分離，通過(guò)選取合適的開(kāi)通和關(guān)斷電阻，進(jìn)一步優(yōu)化碳化硅MOSFET的開(kāi)關(guān)特性。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說(shuō)明性的，而不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。