本發(fā)明涉及驅動電路，具體為一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路及其控制方法。

背景技術：

1、在當前主流功率器件中，sic?mosfet在高壓、大功率和開關性能方面提供了最佳的綜合性能，由于sic材料具有更大的禁帶寬度和臨界擊穿場強，sic?mosfet在相同耐壓水平下能夠實現(xiàn)更小的尺寸，從而擁有更小的寄生電容，這意味著更快的開關速度和更低的開關損耗。

2、目前sic?mosfet封裝有較大的引線寄生電感和寄生電容，而更快的開關速度會通過這些寄生參數(shù)引起更大的電流、電壓變化(di/dt、dv/dt)，造成嚴重的電流電壓過沖、諧振以及電路串擾，從而導致電磁干擾(emi)問題，限制sic器件性能的充分發(fā)揮。

3、針對上述問題的解決方案主要可以分為兩類：一種是通過優(yōu)化印制電路板的設計降低pcb上的寄生參數(shù)；第二種則是基于對開關瞬態(tài)過程的分析，設計特定的驅動電路，由于板級寄生參數(shù)無法消除，且在實際應用中往往難以控制，因而第二種方案實踐性更高，目前sic驅動電路就工作方式大致可以分為無源驅動(passive?gate?driver，pgd)和有源驅動(active?gate?driver，agd)，無源驅動會隨著開關過程的進行被動降低驅動強度，盡管這能夠降低di/dt與dv/dt，抑制過沖和振蕩，但同時也減慢了開關速度，增加了開關損耗，有源驅動則會根據(jù)開關階段動態(tài)調整驅動電流，使其能夠在相同的di/dt或dv/dt水平下實現(xiàn)更快的開關速度、更低的開關損耗，有效地權衡了emi與開關速度、開關損耗之間的矛盾，因此有源驅動是目前sic驅動電路研究的主流，在實際工況中，電路的參數(shù)可能發(fā)生變化，這對有源柵極驅動電路提出了考驗；

4、基于數(shù)字可編程的有源型sic?mosfet驅動電路需要利用高速模數(shù)轉換器實時采集開關期間的柵極電壓信息，并通過fpga對采集得到的電壓數(shù)據(jù)進行處理從而產生下一周期的柵極控制序列，導致這種方法系統(tǒng)復雜度過高，難以實現(xiàn)在實際生產中應用。

5、基于固定電平分段的有源型sic?mosfet驅動電路使用多個參考電壓作為分段式控制的觸發(fā)閾值，其參考電壓通常是預設的固定值，無法自動適應sic功率器件工作條件的變化，當電路參數(shù)變化時，會導致有源柵極驅動電路不能工作在最佳模式。

6、采用本發(fā)明的驅動電路和控制方案能簡化系統(tǒng)復雜度并自適應sic功率器件工作條件，在相同的di/dt或dv/dt水平下實現(xiàn)更快的開啟速度、更低的開啟損耗，有效權衡emi與開關速度、開關損耗之間的矛盾，為此設計一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路及其控制方法來解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路及其控制方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，包括增減計數(shù)器和密勒電壓追蹤模塊；

3、增減計數(shù)器耦合密勒電壓追蹤模塊，增減計數(shù)器接收pwm信號，高速比較器的負極接收vsw電源；

4、高速比較器a的陽極連接電壓采集模塊，電壓采集模塊還電性連接密勒電壓追蹤模塊的輸出端，密勒電壓追蹤模塊的輸出端電連接高速比較器b的負極，高速比較器b的輸出端耦合開通控制模塊，高速比較器c的負極電性連接vsw2電源；

5、高速比較器a的輸出端耦合增減計數(shù)器，開通控制模塊輸出端通過可調柵驅動電流模塊連接。

6、優(yōu)選的，電壓采樣模塊包括運算放大電路a，運算放大電路a的負極電性連接傳輸門s1的一端、電容cs的一端；

7、電容cs的另一端電性連接傳輸門s2的一端、傳輸門s3的一端；

8、傳輸門s2的輸入端接入電源vin，傳輸門s1的輸入端接入電源vs1，傳輸門s3的輸入端接入電源vs3。

9、優(yōu)選的，運算放大電路a的正極接地，運算放大電路a的輸出端電性連接傳輸門s3的另一端和傳輸門s4的一端，傳輸門s4的輸入端電性連接vs4電源，傳輸門s4的另一端電性連接電容ch和vout電源。

10、優(yōu)選的，密勒電壓追蹤模塊包括跨導放大模塊，跨導放大模塊電性連接casecode電流鏡結構，casecode電流鏡結構電性連接開關s4的一端、開關s3的一端、開關s2的一端、開關s1的一端和開關s0的一端。

11、優(yōu)選的，開關s4的另一端、開關s3的另一端、開關s2的另一端、開關s1的另一端和開關s0的另一端分別電性連接電流表16i0、電流表8i0、電流表4i0、電流表2i0、電流表i0；

12、開關s4的一端、開關s3的一端、開關s2的一端、開關s1的一端和開關s0的一端皆電性連接電容c的一端和電阻r的一端。

13、優(yōu)選的，高速比較器a、高速比較器b、高速比較器c皆包括輸入模塊、比較模塊和輸出模塊。

14、電阻rg1、電容cg1和電容cg2組成分壓網(wǎng)絡，電壓采樣模塊通過引腳vgf1與電容cg2連接采集sic?mosfet柵極電壓；

15、電阻rg2、電容cg3和電容cg4組成分壓網(wǎng)絡，高速比較器b陽極通過引腳vgf2與電容cg4連接采集sic?mosfet柵極電壓；

16、電阻rd2、電阻rd1和電容cn組成分壓網(wǎng)絡，高速比較器c陰極通過引腳vdn與電阻rd2連接采集sic?mosfet漏極電壓。

17、一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路控制方法，包括如下步驟：

18、第一階段為通延時期和電流上升期，第二階段為電壓下降期，第三階段為柵極續(xù)充期；

19、第一段用適中的驅動電流以保證柵極電壓快速穩(wěn)定上升，第二段用較低的驅動電流，以降低dvds/dt水平；

20、第三段用最大驅動電流，確?？焖偻瓿砷_通過程，減小導通電阻。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：通過開通自適應有源柵極驅動電路準確檢測sic?mosfet開通過程的三個階段，第一段用適中的驅動電流以保證柵極電壓快速穩(wěn)定上升，第二段用較低的驅動電流，以降低dvds/dt水平，第三段用最大驅動電流，確?？焖偻瓿砷_通過程，減小導通電阻，密勒平臺電壓采和密勒平臺電壓追蹤電路通過跨周期的調控實現(xiàn)了驅動芯片的自適應功能。該電路結構與控制方案為本專利的欲保護點。

技術特征：

1.一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，包括，其特征在于：包括增減計數(shù)器和密勒電壓追蹤模塊；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：電壓采樣模塊包括運算放大電路a，運算放大電路a的負極電性連接傳輸門s1的一端、電容cs的一端；

3.根據(jù)權利要求1所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：運算放大電路a的正極接地，運算放大電路a的輸出端電性連接傳輸門s3的另一端和傳輸門s4的一端，傳輸門s4的輸入端電性連接vs4電源，傳輸門s4的另一端電性連接電容ch和vout電源。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：密勒電壓追蹤模塊包括跨導放大模塊，跨導放大模塊電性連接casecode電流鏡結構，casecode電流鏡結構電性連接開關s4的一端、開關s3的一端、開關s2的一端、開關s1的一端和開關s0的一端。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：開關s4的另一端、開關s3的另一端、開關s2的另一端、開關s1的另一端和開關s0的另一端分別電性連接電流表16i0、電流表8i0、電流表4i0、電流表2i0、電流表i0；

6.根據(jù)權利要求1所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：高速比較器a、高速比較器b、高速比較器c皆包括輸入模塊、比較模塊和輸出模塊。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：電阻rg1、電容cg1和電容cg2組成分壓網(wǎng)絡，電壓采樣模塊通過引腳vgf1與電容cg2連接采集sic?mosfet柵極電壓；

8.一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路控制方法，基于權利要求7所述的一種sic?mosfet的開通自適應有源柵極驅動電路，其特征在于：包括如下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種SiC?MOSFET的開通自適應有源柵極驅動電路及其控制方法，本發(fā)明通過開通自適應有源柵極驅動電路準確檢測SiC?MOSFET開通過程的三個階段，第一段用適中的驅動電流以保證柵極電壓快速穩(wěn)定上升，第二段用較低的驅動電流，以降低dvDS/dt水平，第三段用最大驅動電流，確保快速完成開通過程，減小導通電阻，密勒平臺電壓采和密勒平臺電壓追蹤電路通過跨周期的調控實現(xiàn)了驅動芯片的自適應功能。該電路結構與控制方案為本專利的欲保護點。

技術研發(fā)人員：李威,陳衛(wèi)潔,涂熙,鄧晨洋
受保護的技術使用者：英弗耐思電子科技（武漢）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10