一种碳化硅MOSFET驱动电路的制作方法

一种碳化硅mosfet驱动电路
技术领域
1.本发明主要涉及电子器件技术领域，特指一种碳化硅mosfet驱动电路。


背景技术：

2.以碳化硅(silicon carbide,sic)mosfet为代表的宽禁带半导体器件因其具有高开关频率、高开关速度、高热导率等优点，已成为高频、高温、高功率密度电机控制器的理想选择。随着sic mosfet开关速度加快，受寄生参数影响加剧，桥臂串扰和共模干扰现象更加严重。由于sic mosfet正向阈值电压与负向安全电压较小，串扰问题引起的正负向电压尖峰更容易造成开关管误导通或栅源极击穿，进而增加开关损耗，严重时损坏开关管。共模干扰问题引起的驱动芯片的逻辑错误，导致出现不合适的开通或者关断，导致桥臂直通，进而导致功率器件失效。因此，研究发挥sic mosfet高速开关特性优势的串扰和共模干扰抑制方法，对保障电机控制器工作可靠性、提升其功率密度具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种防止桥臂串扰、抑制共模干扰的碳化硅mosfet驱动电路。
4.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种碳化硅mosfet驱动电路，包括抗桥臂串扰电路，所述抗桥臂串扰电路包括驱动芯片u1、电容c5和开关管t1，所述驱动芯片u1的输出端与所述电容c5的一端相连，并与碳化硅mosfet的栅极相连；所述电容c5的另一端与所述开关管t1的集电极相连，所述开关管t1的发射极与所述碳化硅mosfet的源极相连且与接地端gnd3相连，所述开关管t1的基极与所述碳化硅mosfet的栅极相连。
6.作为上述技术方案的进一步改进：
7.还包括栅极保护电路，所述栅极保护电路包括二极管d2和二极管d3，所述二极管d2的负极和所述二极管d3的正极与所述碳化硅mosfet的栅极相连，所述二极管d2的正极连接有电源vee3，所述二极管d3的负极连接有电源vcc3。
8.所述驱动芯片u1的输出端与所述碳化硅mosfet的栅极之间设置有共模电感l2，所述共模块电感l2的第一绕线串联于所述驱动芯片u1的输出端与所述碳化硅mosfet的栅极之间，所述共模块电感l2的第二绕线的一端与所述驱动芯片u1的gnd2相连，另一端与所述碳化硅mosfet的源极相连。
9.所述驱动芯片u1的输出端包括第一输出端out1和第二输出端out2，所述第一输出端out1经电阻r3与共模块电感l2的第一绕线的一端相连，所述第二输出端out2经电阻r4与共模块电感l2的第一绕线的一端相连。
10.所述驱动芯片u1的电源输入端连接有电源vcc1，所述电源vcc1与驱动芯片u1的电源输入端之间串联共模电感l1，所述电源vcc1与地gnd之间设有电容c1，所述电容c1的一端与电源vcc1相连，另一端与地gnd相连；所述共模电感l1的第一绕线的一端与电源vcc1相
连，另一端与驱动芯片u1的电源输入端相连，所述共模电感l1的第二绕线的一端与地gnd相连，另一端与驱动芯片u1的gnd端相连。
11.还包括共模电感l3；所述驱动芯片u1的vcc2端连接有电源vcc2，所述驱动芯片u1的vee2端连接有电源vee2，所述电源vcc2和电源vcc3分别位于共模电感l3的第一绕线的两端，所述电源vee2和电源vee3分别位于共模电感l3的第二绕线的两端。
12.还包括有源钳位电路，所述有源钳位电路包括钳位二极管d4和电容c6；所述钳位二极管d4的两端分别与所述碳化硅mosfet的漏极与栅极相连，所述电容c6与钳位二极管d4并联。
13.还包括短路保护电路，所述短路保护电路包括电容c3、电阻r2和二极管d1，所述驱动芯片u1的sc端依次经所述电阻r2和二极管d1与所述碳化硅mosfet的漏极相连，所述二极管d1的正极与所述电阻r2相连，负极与所述碳化硅mosfet的漏极相连；所述电容c3的一端与驱动芯片u1的sc端相连，另一端与gnd2相连。
14.与现有技术相比，本发明的优点在于：
15.(1)本发明的碳化硅mosfet驱动电路，通过在sic mosfet的栅极与源极之间配置抗桥臂串扰电路，从而防止桥臂串扰；同时配置有栅极保护电路，防止栅极过电压失效和误开通，保障sic mosfet工作的可靠性。
16.(2)本发明的碳化硅mosfet驱动电路，在抗桥臂串扰的基础上，通过共模电感l1、l2、l3组成抗共模干扰电路，在不影响驱动功能的基础上，降低共模块电流，防止驱动芯片u1因共模干扰导致的逻辑失效、导通桥臂直通等故障。
17.(3)本发明的碳化硅mosfet驱动电路，在sic mosfet关断时刻，通过c6和d4组成的有源钳位电路，形成有源钳位反馈通路，实现过压保护。
18.(4)本发明的碳化硅mosfet驱动电路，在sic mosfet上下桥短路时刻，通过d1、r2、c3、u1组成短路保护电路，实现短路保护，及时关断功率半导体。
19.(5)本发明的碳化硅mosfet驱动电路，整体结构简单、保护功能丰富且可靠性高，能够有效提升sic mosfet工作的可靠性。
附图说明
20.图1为本发明在实施例的电路原理图。
具体实施方式
21.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
22.如图1所示，本实施例的碳化硅mosfet驱动电路，包括抗桥臂串扰电路，抗桥臂串扰电路包括驱动芯片u1、电容c5和开关管t1，驱动芯片u1的输出端与电容c5的一端相连，并与碳化硅mosfet(也称sic mosfet)的栅极相连；电容c5的另一端与开关管t1的集电极相连，开关管t1的发射极与碳化硅mosfet的源极相连且与接地端gnd3相连，开关管t1的基极与碳化硅mosfet的栅极相连。在进行工作时，驱动芯片u1的输出端输出高电平，先开通碳化硅mosfet，t1滞后于sic mosfet开通，不影响sic mosfet开通过程；驱动芯片u1的输出端输出低电平，先关断sic mosfet，t1滞后于sic mosfet关断，增加sic mosfet关断时间，降低关段时的dv/dt，减小共模干扰；在sic mosfet处于关断状态，对应桥臂的管子打开，此时米
勒电流流入栅极，开通t1，增大栅-源电容，防止桥臂串扰。
23.本实施例中，还包括栅极保护电路，栅极保护电路包括二极管d2和二极管d3，二极管d2的负极和二极管d3的正极与碳化硅mosfet的栅极相连，二极管d2的正极连接有电源vee3，二极管d3的负极连接有电源vcc3。通过d3抑制短路时刻的栅极电压，限制短路电流；通过d2抑制关断时刻桥臂传递过来的负压，保护栅极。通过上述栅极保护电路，从而能够防止栅极过电压失效和误开通。
24.本实施例中，驱动芯片u1的输出端与碳化硅mosfet的栅极之间设置有共模电感l2，共模块电感l2的第一绕线串联于驱动芯片u1的输出端与碳化硅mosfet的栅极之间，共模块电感l2的第二绕线的一端与驱动芯片u1的gnd2相连，另一端与碳化硅mosfet的源极相连。具体地，驱动芯片u1的输出端包括第一输出端out1和第二输出端out2，第一输出端out1经电阻r3与共模块电感l2的第一绕线的一端相连，第二输出端out2经电阻r4与共模块电感l2的第一绕线的一端相连。
25.进一步地，驱动芯片u1的电源输入端连接有电源vcc1，电源vcc1与驱动芯片u1的电源输入端之间串联共模电感l1，电源vcc1与地gnd之间设有电容c1，电容c1的一端与电源vcc1相连，另一端与地gnd相连；共模电感l1的第一绕线的一端与电源vcc1相连，另一端与驱动芯片u1的电源输入端相连，共模电感l1的第二绕线的一端与地gnd相连，另一端与驱动芯片u1的gnd端相连。
26.再进一步地，还包括共模电感l3；驱动芯片u1的vcc2端连接有电源vcc2，驱动芯片u1的vee2端连接有电源vee2，电源vcc2和电源vcc3分别位于共模电感l3的第一绕线的两端，电源vee2和电源vee3分别位于共模电感l3的第二绕线的两端。
27.上述共模电感l1、l2、l3组成抗共模干扰电路，在不影响驱动功能的基础上，降低共模块电流，防止驱动芯片u1因共模干扰导致的逻辑失效、导通桥臂直通等故障。
28.本实施例中，还包括有源钳位电路，有源钳位电路包括钳位二极管d4和电容c6；钳位二极管d4的两端分别与碳化硅mosfet的漏极与栅极相连，电容c6与钳位二极管d4并联；在sic mosfet关断时刻，通过c6和d4形成有源钳位反馈通路，实现过压保护。
29.本实施例中，还包括短路保护电路，短路保护电路包括电容c3、电阻r2和二极管d1，驱动芯片u1的sc端依次经电阻r2和二极管d1与碳化硅mosfet的漏极相连，二极管d1的正极与电阻r2相连，负极与碳化硅mosfet的漏极相连；电容c3的一端与驱动芯片u1的sc端相连，另一端与gnd2相连。在sic mosfet上下桥短路时刻，通过d1、r2、c3、u1实现短路保护，及时关断功率半导体。
30.通过以上各功能电路的配置，能够提高sic mosfet驱动电路的工作可靠性，从而提高sic mosfet工作的可靠性。
31.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。