專利名稱:一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種SiC?MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括高速CMOS數(shù)字隔離電路、高速驅(qū)動(dòng)電路、柵源極過(guò)壓保護(hù)電路和負(fù)壓產(chǎn)生電路。高速CMOS數(shù)字隔離電路可以實(shí)現(xiàn)輸入端和驅(qū)動(dòng)電路的嚴(yán)格電位隔離，并能保證驅(qū)動(dòng)的快速性；高速驅(qū)動(dòng)電路可提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)電流；柵源極過(guò)壓保護(hù)電路可以防止柵源極出現(xiàn)過(guò)電壓；負(fù)壓產(chǎn)生電路給柵源極間提供一個(gè)負(fù)電壓，使SiC?MOSFET可靠關(guān)斷。本實(shí)用新型可用在高頻電路中快速驅(qū)動(dòng)SiC?MOSFET，兼具快速性、隔離性，以及可靠的保護(hù)功能。
【專利說(shuō)明】
一種S i C-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，尤其是涉及一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)朝著高頻、大功率方向發(fā)展，以Si材料為主的電力電子器件越來(lái)越難滿足要求;寬禁帶半導(dǎo)體器件憑借其突出的性能優(yōu)勢(shì)成為了電力電子器件的研究熱點(diǎn)，并逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。其中SiC-MOSFET作為單極性電壓控制型器件，開關(guān)速度快、耐壓等級(jí)高、具有良好的熱穩(wěn)定性，可在高溫、高輻射等惡劣環(huán)境下可靠工作。但是SiC-MOSFET柵極閾值電壓較小，容易受到電路干擾產(chǎn)生誤開通;為提高可靠性，要求SiC-MOSFET采用負(fù)壓關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)電路要設(shè)計(jì)成隔離驅(qū)動(dòng)電路;為了保證SiC-MOSFET開關(guān)速度的快速性，要求驅(qū)動(dòng)電路提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流;為防止SiC-MOSFET柵極氧化層擊穿，柵源電壓不能超過(guò)允許值。
[0003]由于Si器件和SiC器件物理特性的差異，以及SiC-MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電路隔離性能、快速性能、驅(qū)動(dòng)能力的嚴(yán)苛要求，基于Si器件設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路均無(wú)法滿足SiC-MOSFET的驅(qū)動(dòng)要求。需設(shè)計(jì)一款具有良好隔離能力、柵源極保護(hù)能力的高速SiC-MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用于SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)電路，并具有柵源極過(guò)壓保護(hù)和負(fù)壓關(guān)斷能力。
[0005]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于包括高速CMOS數(shù)字隔離電路、高速驅(qū)動(dòng)電路、柵源極過(guò)壓保護(hù)電路和負(fù)壓產(chǎn)生電路，輸入信號(hào)與所述高速CMOS數(shù)字隔離電路連接，所述高速CMOS數(shù)字隔離電路與高速驅(qū)動(dòng)電路連接，所述高速驅(qū)動(dòng)電路與SiC-MOSFET柵極連接，所述柵源極過(guò)壓保護(hù)電路與SiC-MOSFET柵源極連接，所述負(fù)壓產(chǎn)生電路與SiC-MOSFET源極連接。
[0006]所述的高速CMOS數(shù)字隔離電路包括高速CMOS數(shù)字隔離芯片Si8710、第一電阻、第一電容和第二電容;輸入信號(hào)與所述隔離芯片第一、第三引腳連接;所述第一電阻一端和隔離芯片第六引腳連接，第一電阻另一端和第五引腳連接;所述第一電容一端和隔離芯片第五引腳連接，第一電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述第二電容一端和隔離芯片第六引腳連接，第二電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述隔離芯片第二引腳不連接，第四引腳接地，第六引腳連接電源。
[0007]所述的高速驅(qū)動(dòng)電路包括超高速驅(qū)動(dòng)芯片IXDN609、第三電容、第四電容、第五電容;所述第三電容一端和驅(qū)動(dòng)芯片第一引腳連接，第三電容另一端接地;所述第四電容一端和驅(qū)動(dòng)芯片第四引腳連接，第四電容另一端接地;所述第五電容一端和驅(qū)動(dòng)芯片第五引腳連接，第五電容另一端接地;所述驅(qū)動(dòng)芯片第二引腳與隔離芯片第五引腳連接;所述驅(qū)動(dòng)芯片第三引腳不連接，第六和第七引腳與SiC-MOSFET柵極連接，第八引腳連接電源。
[0008]所述的柵源極過(guò)壓保護(hù)電路包括第一穩(wěn)壓管1N4732A和第二穩(wěn)壓管1N4749A，所述第一穩(wěn)壓管正極與SiC-MOSFET柵極連接，第一穩(wěn)壓管負(fù)極和第二穩(wěn)壓管負(fù)極連接;所述第二穩(wěn)壓管正極和SiC-MOSFET源極連接。
[0009]所述的負(fù)壓產(chǎn)生電路包括第二電阻和第三電阻，所述第二電阻和第三電阻串聯(lián)，串聯(lián)公共端與SiC-MOSFET源極連接;所述第二電阻另一端與電源連接;所述第三電阻另一端接地。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用高速CMOS數(shù)字隔離芯片，有極強(qiáng)的隔離能力且傳播延時(shí)僅為30ns，保證了驅(qū)動(dòng)電路的快速性;采用超高速驅(qū)動(dòng)芯片信號(hào)上升時(shí)間僅為26ns，可以為SiC-MOSFET提供高達(dá)9A的最大驅(qū)動(dòng)電流，對(duì)SiC-MOSFET輸入電容進(jìn)行快速充電，加快開通速度;采用電阻分壓為柵源極提供關(guān)斷負(fù)電壓，降低了供電電源的成本;采用穩(wěn)壓管防止柵源極過(guò)壓，保證驅(qū)動(dòng)電路的可靠性。
【附圖說(shuō)明】

[0011]圖1為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]參照?qǐng)D1，一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括高速CMOS數(shù)字隔離電路
1、高速驅(qū)動(dòng)電路2、柵源極過(guò)壓保護(hù)電路3和負(fù)壓產(chǎn)生電路4，輸入信號(hào)與高速CMOS數(shù)字隔離電路I連接，高速CMOS數(shù)字隔離電路I與高速驅(qū)動(dòng)電路2連接，高速驅(qū)動(dòng)電路2與SiC-MOSFET柵極連接，柵源極過(guò)壓保護(hù)電路3與SiC-MOSFET柵源極連接，負(fù)壓產(chǎn)生電路4與SiC-MOSFET源極連接。
[0015]參照?qǐng)D2，高速CMOS數(shù)字隔離電路I包括高速CMOS數(shù)字隔離芯片Ul(Si8710)、第一電阻R1、第一電容Cl和第二電容C2;輸入信號(hào)與隔離芯片Ul第一、第三引腳連接;第一電阻Rl—端和隔離芯片Ul第六引腳連接，第一電阻Rl另一端和隔離芯片Ul第五引腳連接;第一電容Cl 一端和隔離芯片Ul第五引腳連接，第一電容Cl另一端和隔離芯片Ul第四引腳連接；第二電容C2—端和隔離芯片Ul第六引腳連接，第二電容C2另一端和隔離芯片Ul第四引腳連接;隔離芯片Ul第二引腳不連接，第四引腳接地GND，第六引腳連接電源VCC。
[0016]高速驅(qū)動(dòng)電路2包括超高速驅(qū)動(dòng)芯片U2(IXDN609)、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5;第三電容C3—端和驅(qū)動(dòng)芯片U2第一引腳連接，第三電容C3另一端接地GND;第四電容C4 一端和驅(qū)動(dòng)芯片U2第四引腳連接，第四電容C4另一端接地GND;第五電容C5—端和驅(qū)動(dòng)芯片U2第五引腳連接，第五電容C5另一端接地GND;驅(qū)動(dòng)芯片U2第二引腳與隔離芯片Ul第五引腳連接;驅(qū)動(dòng)芯片U2第三引腳不連接，第六和第七引腳與SiC-MOSFET柵極G連接，第八引腳連接電源VCC。
[0017]柵源極過(guò)壓保護(hù)電路3包括第一穩(wěn)壓管DU1N4732A)和第二穩(wěn)壓管D2(1N4749A)，第一穩(wěn)壓管Dl正極與SiC-MOSFET柵極G連接，第一穩(wěn)壓管Dl負(fù)極和第二穩(wěn)壓管D2負(fù)極連接；第二穩(wěn)壓管D2正極和SiC-MOSFET源極S連接。
[0018]負(fù)壓產(chǎn)生電路4包括第二電阻R2和第三電阻R3，第二電阻R2和第三電阻R3串聯(lián)，串聯(lián)公共端與SiC-MOSFET源極S連接;第二電阻R2另一端與電源VCC連接，第三電阻R3另一端接地GND。
[0019]本實(shí)用新型的工作原理:驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)經(jīng)高速CMOS數(shù)字隔離芯片Ul和超高速驅(qū)動(dòng)芯片U2，傳輸?shù)絊iC-MOSFET柵極G，由于高速CMOS數(shù)字隔離芯片Ul傳播延時(shí)僅為30ns，超高速驅(qū)動(dòng)芯片U2的信號(hào)上升時(shí)間僅為26ns保證了信號(hào)傳輸?shù)目焖傩?，為SiC-MOSFET工作在更高頻率提供了保障。超高速驅(qū)動(dòng)芯片U2可提供高達(dá)9A的最大驅(qū)動(dòng)電流，可對(duì)SiC-MOSFET輸入電容進(jìn)行快速充電，提高了SiC-MOSFET的開通速度。
[0020]當(dāng)驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，SiC-MOSFET柵極G的電平為零；電源VCC為24V，經(jīng)第二電阻R2和第三電阻R3分壓后，在SiC-MOSFET源極S產(chǎn)生的電平為4V，則柵源極間電壓為-4V，該負(fù)電壓可使SiC-MOSFET可靠關(guān)斷，避免器件誤開通。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，SiC-MOSFET柵極G的電平為24V，SiC-MOSFET源極S的電平仍為4V，則柵源極間電壓為20V，Si C-MOSFET迅速開通。
[0021]第一穩(wěn)壓管Dl和第二穩(wěn)壓管D2反向串聯(lián)接在柵源極兩端，第一穩(wěn)壓管Dl穩(wěn)壓值為4.7V，第二穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓值為SMJiC-MOSFET柵源極間安全電壓范圍為-5V~25V，當(dāng)SiC-MOSFET柵源極間電壓超過(guò)24V時(shí)，第一穩(wěn)壓管Dl正向?qū)?，第二穩(wěn)壓管D2起穩(wěn)壓作用，將柵源極間電壓維持在24V;當(dāng)SiC-MOSFET柵源極間電壓低于-4.7V時(shí)，第二穩(wěn)壓管D2正向?qū)?，第一穩(wěn)壓管Dl起穩(wěn)壓作用，將柵源極間電壓維持在-4.7V。該保護(hù)電路可以可靠地將SiC-MOSFET柵源極間電壓維持在安全電壓范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于包括高速CMOS數(shù)字隔離電路、高速驅(qū)動(dòng)電路、柵源極過(guò)壓保護(hù)電路和負(fù)壓產(chǎn)生電路，輸入信號(hào)與所述高速CMOS數(shù)字隔離電路連接，所述高速CMOS數(shù)字隔離電路與高速驅(qū)動(dòng)電路連接，所述高速驅(qū)動(dòng)電路與SiC-MOSFET柵極連接，所述柵源極過(guò)壓保護(hù)電路與SiC-MOSFET柵源極連接，所述負(fù)壓產(chǎn)生電路與SiC-MOSFET源極連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于所述的高速CMOS數(shù)字隔離電路包括高速CMOS數(shù)字隔離芯片Si8710、第一電阻、第一電容和第二電容;輸入信號(hào)與隔離芯片第一、第三引腳連接;所述第一電阻一端和隔離芯片第六引腳連接，第一電阻另一端和隔離芯片第五引腳連接;所述第一電容一端和隔離芯片第五引腳連接，第一電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述第二電容一端和隔離芯片第六引腳連接，第二電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述隔離芯片第二引腳不連接，第四引腳接地，第六引腳連接電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于所述的高速驅(qū)動(dòng)電路包括超高速驅(qū)動(dòng)芯片IXDN609、第三電容、第四電容、第五電容;所述第三電容一端和驅(qū)動(dòng)芯片第一引腳連接，第三電容另一端接地;所述第四電容一端和驅(qū)動(dòng)芯片第四引腳連接，第四電容另一端接地;所述第五電容一端和驅(qū)動(dòng)芯片第五引腳連接，第五電容另一端接地;所述驅(qū)動(dòng)芯片第二引腳與隔離芯片第五引腳連接;所述驅(qū)動(dòng)芯片第三引腳不連接，第六和第七引腳與SiC-MOSFET柵極連接，第八引腳連接電源。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于所述的柵源極過(guò)壓保護(hù)電路包括第一穩(wěn)壓管1N4732A和第二穩(wěn)壓管1N4749A，所述第一穩(wěn)壓管正極與SiC-MOSFET柵極連接，第一穩(wěn)壓管負(fù)極和第二穩(wěn)壓管負(fù)極連接;所述第二穩(wěn)壓管正極和SiC-MOSFET源極連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于所述的負(fù)壓產(chǎn)生電路包括第二電阻和第三電阻，所述第二電阻和第三電阻串聯(lián)，串聯(lián)公共端與SiC-MOSFET源極連接;所述第二電阻另一端與電源連接;所述第三電阻另一端接地。
【文檔編號(hào)】H03K17/08GK205725693SQ201620319583
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】鄭遵宇, 楊蘇, 王飛, 石聰聰, 朱玉振, 李紹武, 梁琨
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)