一种简易的SIC-MOSFET驱动钳位电路的制作方法

一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路
技术领域
1.本实用新型涉及一种电力电子技术领域，尤其涉及一种sic-mosfet半导体的驱动电路。


背景技术：

2.目前，众所周知sic-mosfet作为一种新型的半导体材料，其材料特性非常优越，sic-mosfet器件的耐压特性比传统si-mosfet器件要高10-100倍，其禁带宽度大约为si-mosfet的3倍。sic-mosfet的寄生电容很小，在关断的过程中，不会同igbt一样产生拖尾效应，可以使用在更高驱动频率的场合。所以sic-mosfet成为电力电子的主流器件，其具有开关速度快，开关损耗小，高耐压大电流以及好的温度特性的优点，在同等级的功率条件下，使用的器件的数量和散热面积大大减小，效率也得到了很大提升，在一些高端的产品中得到了广泛的应用。
3.但是sic-mosfet的驱动电压和传统的si-mosfet有些区别，sic-mosfet在关断的时候需要在栅极和源极之间施加一个负电压，且负电压的电压值不会很高，一般为负4v左右，而普通的si-mosfet则在0v的条件下就可以关断。而正向导通时，需要大概15v-20v左右的电压，但其开启门槛电压很小，最小电压大约为2.7v。在常规的驱动电路设计时，会使用专用的驱动电源，建立一个sic-mosfet所需要的正电压和负电压。但是在实际的使用过程中，由于sic-mosfet的导通和关断会产生高的du/dt，使得在碳化硅的栅极产生过高或过低的脉冲信号，此脉冲信号容易导致误导通或者超过驱动电压的安全阈值，从而损坏碳化硅功率开关管。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种sic mosfet的驱动电路”，其公告号为cn112928902a，公开日为2021年6月8日，包括控制模块、上桥臂电路及下桥臂电路，控制模块发出上桥臂sic mosfet及下桥臂sic mosfet的控制信号；上桥臂电路及下桥臂电路均包括：推挽电路，用于根据控制信号生成正向驱动电压或负向驱动电压；串扰抑制电路，用于基于正向驱动电压，将sic mosfet的栅-源电压从零电压上升至正向驱动电压，驱动sic mosfet导通；或基于负向驱动电压，在正向串扰发生之前，将sic mosfet的栅-源电压下降至负向驱动电压，驱动sic mosfet关断，从而避免了正向串扰电压尖峰误导通sic mosfet，并在正向串扰发生之后、负向串扰发生之前，将sic mosfet的栅-源电压从负向驱动电压钳位至零电压，从而避免了负向串扰电压尖峰击穿sic mosfet。其不足之处是当功率管的栅极信号出现过高或过低的信号脉冲时，容易损坏碳化硅功率开关管，设计复杂、操作不便。


技术实现要素：

5.本实用新型主要解决现有技术中当sic-mosfet运用时容易损坏碳化硅功率开关管的问题；提供一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路，使得sic-mosfet在实际应用中更加安全。
6.本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
7.本实用新型为一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路，包括驱动芯片、驱动模块和sic-mosfet，sic-mosfet包括上桥臂sic-mosfet、下桥臂sic-mosfet，驱动芯片的输出端与驱动模块得输入端连接；所述驱动模块包括上桥臂电路、下桥臂电路，上桥臂电路和下桥臂电路的结构相同；所述上桥臂电路与上桥臂sic-mosfet的栅极连接，下桥臂电路与下桥臂sic-mosfet的栅极连接，上桥臂电路及下桥臂电路均包括正压钳位模块和负压钳位模块；所述的在上桥臂电路中，正压钳位模块一端和负压钳位模块的输出端连接，正压钳位模块另一端和负压钳位模块的输入端连接，负压钳位模块的输出端和上桥臂sic-mosfet的栅极连接，上桥臂sic-mosfet的源极和下桥臂sic-mosfet的漏极连接。这样当sic-mosfet的栅极信号出现过高或过低的信号脉冲时，则相应的正压钳位模块和负压钳位模块就会起作用，保证sic-mosfet的可靠运行。
8.作为优选，所述的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路中的驱动芯片为市场常规的sic-mosfet的驱动芯片，例如ucc21530。
9.作为优选，所述的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路中的上桥臂电路包括驱动放电回路、电阻r2，驱动放电回路与电阻r2并联，驱动放电回路的输出端与驱动芯片的输出电压端连接，驱动放电回路的输入端与上桥臂sic-mosfet的栅极连接。
10.作为优选，所述的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路，在上桥臂电路中，驱动放电回路包括电阻r1和二极管d2，电阻r1的第二端和二极管d2的阴极连接，电阻r1的第一端与电阻r2的第一端连接，二极管d2的阳极与电阻r2的第二端连接。驱动芯片的输出电压端输出高电平让上桥臂sic-mosfet导通；上桥臂sic-mosfet关断时，驱动芯片的输出电压端会输出低电平，此时上桥臂sic-mosfet的栅极会因为之前的导通会有残余电压，所以这个时候，这个残余电压会沿着上桥臂sic-mosfet的栅极、二极管d2、电阻r1、驱动芯片的输出电压端这个方向放电，这样上桥臂sic-mosfet的栅极会快速放电，从而关断上桥臂sic-mosfet。
11.作为优选，所述的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路中的正压钳位模块包括一个放电电阻r3和一个pnp的三极管q1，pnp的三极管q1的发射极与放电电阻r3的第一端连接，pnp的三极管q1的基极与电阻r2的第一端连接，pnp的三极管q1的集电极与快恢复二极管d4的阳极连接，放电电阻r3的第二端与二极管d2阳极连接。这样是为了当驱动信号输出低电平时导通pnp三极管，使sic-mosfet的栅极通过电阻接到负电压，当在对管导通时产生高的du／dt，不至于产生高的正脉冲电压。
12.作为优选，所述的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路中的负压钳位模块包括一个快恢复二极管d4，快恢复二极管d4的阴极与sic-mosfet的栅极连接；所述的在上桥臂电路中，正压钳位模块中放电电阻r3的第二端与负压钳位模块中快恢复二极管d4的阴极连接，pnp的三极管q1的集电极与快恢复二极管d4的阳极连接。负压钳位模块是在sic-mosfet的栅极接一个反向快恢复二极管到负电压，使得当sic-mosfet在关断的不会产生超过电源负电压的脉冲负电压。
13.本实用新型的有益效果是：
14.1. 正压钳位模块通过一个放电电阻和一个pnp的三极管实现，三极管的基极驱动信号从驱动芯片驱动信号输出端接入。当驱动信号输出低电平时导通pnp三极管，使sic-mosfet的栅极通过电阻接到负电压，当在对管导通时产生高的du/dt，不至于产生高的正脉
冲电压
15.2. 负压钳位模块是在sic-mosfet的栅极接一个反向快恢复二极管到负电压，使得当sic-mosfet在关断的不会产生超过电源负电压的脉冲负电压。
附图说明
16.图1是本实用新型的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路原理图。
17.图中1.驱动芯片，2.正压钳位模块，3.负压钳位模块。
具体实施方式
18.下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
19.实施例：
20.本实施例的一种简易的sic-mosfet驱动钳位电路，如图1所示，包括驱动芯片1、驱动模块和sic-mosfet，sic-mosfet包括上桥臂sic-mosfet、下桥臂sic-mosfet，述驱动模块包括上桥臂电路、下桥臂电路，上桥臂电路和下桥臂电路的结构相同；上桥臂电路与上桥臂sic-mosfet的栅极连接，下桥臂电路与下桥臂sic-mosfet的栅极连接，上桥臂电路及下桥臂电路均包括正压钳位模块2和负压钳位模块3。驱动模块由多个电阻、电容器、二极管、三极管组成，正压钳位模块2包括一个放电电阻和一个pnp的三极管，放电电阻和三极管是串联的，负压钳位模块3包括一个快恢复二极管。
21.在上桥臂电路中，电容器c1的第一端与驱动芯片1的工作电压端口连接，电容器c1的第二端与驱动芯片1的地线端口连接，二极管d1的阳极与二极管d3阴极连接，二极管d1的阴极与电容器c1的第一端连接，二极管d3阳极与电容器c1的第二端连接，且二极管d1阴极与驱动芯片1中的工作电压端口连接，二极管d3阳极与驱动芯片1中的地线端口连接。电阻r1的第二端和二极管d2的阴极连接，电阻r1的第一端与电阻r2的第一端连接，二极管d2的阳极与电阻r2的第二端连接，电阻r1的第一端与驱动芯片1中的输出电压端连接，二极管d3阴极与驱动芯片1中的输出电压端连接。
22.正压钳位模块2中pnp的三极管q1的发射极与放电电阻r3的第一端连接，pnp的三极管q1的基极与电阻r2的第一端连接，pnp的三极管q1的集电极与快恢复二极管d4的阳极连接，放电电阻r3的第二端与二极管d2阳极连接。
23.负压钳位模块3中的快恢复二极管d4的阴极与上桥臂sic-mosfet q3的栅极，快恢复二极管d4的阴极与二极管d3的阳极连接，电容器c2的第一端与快恢复二极管d4的阴极连接，电容器c2的第二端与快恢复二极管d4的阳极连接，电容器c2的第一端与上桥臂sic-mosfet q3的栅极连接。驱动模块包括上桥臂电路、下桥臂电路，上桥臂电路及下桥臂电路均包括正压钳位模块2、负压钳位模块3。上桥臂sic-mosfet的源极和下桥臂sic-mosfet的漏极连接。
24.正压钳位模块，以图1为例，当上桥臂电路中的功率管q3开通时，由于高的du/dt可能会导致下桥臂电路中的功率管q4的栅极产生一个高的尖峰脉冲，而此时从驱动芯片出来的功率管q4的驱动信号是低电平，则此时，此低电平使电路中的正压钳位模块中的pnp三极管q2导通，使pnp三极管q2与放电电阻r6形成回路，把功率管q4的栅极电压钳位在低电平，防止其开通。同理，当功率管q4导通，功率管q3关断的时候，功率管q3对应的正压钳位模块
pnp三极管q1与放电电阻r3组成的正压钳位模块导通，把功率管q3的栅极电压钳位在低电平防止功率管q3误导通。
25.负压钳位模块，以图1为例。当上桥臂电路中的功率管 q3在关断的时候，由于高的du/dt可能在下桥臂电路中的功率管q4的栅极可能会产生一个过低的负压脉冲信号。而此时，我们的驱动电源信号的负电压设置在-4v，则如果功率管q4的栅极产生低于-4v的脉冲电压，则会使快恢复二极管d7导通，从而使下桥臂电路中的功率管q4的栅极的负压钳位在-4v，保证了功率管的负压在安全的范围内。同理当q4关断的时候，q3对应的负压钳位模块也将q3的栅极电压控制在安全的范围内。
26.一种简易的sic-mosfet的驱动钳位电路，通过简单的一些分立器件的组合，使其具有正压钳位和负压钳位的功能。当sic-mosfet的栅极信号出现过高或过低的信号脉冲时，则相应的正压钳位模块和负压钳位模块就会起作用，保证sic-mosfet的可靠运行。
27.应理解，实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。