常通型/常斷型SiC JFET組合型橋臂功率電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及常通型/常斷型SiC JFET組合型橋臂功率電路及其控制方法，橋臂功率電路由常通型SiC JFET、常斷型SiC JFET、圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及電流源驅(qū)動電路組成；其特點是：能夠充分發(fā)揮常通型SiC JFET開關(guān)速度快及導(dǎo)通損耗小的優(yōu)勢，并利用常斷型SiC JFET防止控制電路上電，驅(qū)動電路失電故障未提供柵極電壓時的橋臂直通現(xiàn)象。常通型/常斷型SiC JFET組合型橋臂功率電路可廣泛應(yīng)用于全橋電路及三相橋式電路等典型橋臂電路中。該組合型橋臂功率電路的優(yōu)點主要體現(xiàn)在低導(dǎo)通損耗、低驅(qū)動損耗、快速開關(guān)能力及防止橋臂直通現(xiàn)象。
【專利說明】
常通型/常斷型S i C JFET組合型橋臂功率電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路及其控制方法，尤其是涉及一種高速開關(guān)、低導(dǎo)通損耗和防止橋臂直通的橋臂功率電路，屬電力電子領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC JFET是碳化娃結(jié)型場效應(yīng)晶體管，有常通(normally-on)和常斷(normally-off)兩種類型。近年來，常通型SiC JFET以低導(dǎo)通電阻、快開關(guān)速度、耐高溫、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)勢成為提高功率變換器效率和功率密度的理想器件。但是，常通型SiC JFET在沒有驅(qū)動信號時即處于導(dǎo)通狀態(tài)，在廣泛使用的電壓源型變換器中容易造成橋臂的直通危險。相比常通型SiC JFET，常斷型SiC JFET在其導(dǎo)通時必須維持一定的柵極驅(qū)動電流，以獲得較小的通態(tài)電阻，驅(qū)動電路損耗相對較大。目前文獻(xiàn)中針對常通型SiC JFET驅(qū)動構(gòu)成的橋臂電路，提出幾種橋臂直通保護(hù)的方案。圖1為其中的典型方案，可見這類橋臂直通保護(hù)方案電路復(fù)雜程度高，也大大增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對前述【背景技術(shù)】中的缺陷和不足，提供一種基于常通型/常斷型SiC JFET的組合型橋臂功率電路，充分發(fā)揮常通型SiC JFET開關(guān)速度快及導(dǎo)通損耗小的優(yōu)勢，并利用常斷型SiC JFET防止控制電路上電，驅(qū)動電路失電故障未提供柵極電壓時的橋臂直通現(xiàn)象。
[0004]本發(fā)明提供的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路，包括常通型SiCJFET、常斷型SiC JFET、圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及電流源驅(qū)動電路;所述的圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及由開關(guān)管和驅(qū)動電阻連接而成;所述的電流源驅(qū)動電路由開關(guān)管、驅(qū)動電阻、二極管及電感連接而成。
[0005]在常通型SiCJFET柵極和供電電源間設(shè)有圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路；在常斷型SiCJFET柵極與供電電源間設(shè)有電流源驅(qū)動電路。
[0006]所述圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路包括第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一驅(qū)動電阻7?gl;第一高壓源Veei依次順向連接第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一低壓源Veei ;第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管32的中間點連接第一驅(qū)動電阻7?gl的一端，第一驅(qū)動電阻7?gl的另一端連接常通型SiC JFET的柵極。
[0007]所述電流源驅(qū)動電路包括第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二驅(qū)動電阻T?g2、第三驅(qū)動電阻T?g3、二極管D及電感L;
第二高壓源Vcc2依次順向連接第二驅(qū)動電阻T?g2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第二低壓源VEE2;第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4的中間點連接第三驅(qū)動電阻T?g3的一端，第三驅(qū)動電阻私3的另一端連接常斷型SiC JFET的柵極；
第二尚壓源Vcc2依次順向連接第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二低壓源VEE2;第五開關(guān)管35、第六開關(guān)管S6的中間點連接二極管D的正極，二極管D的負(fù)極連接電感L，電感L的另一端連接常斷型SiC JFET的柵極。
[0008]常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路的控制方法，其特征是，導(dǎo)通第一開關(guān)管Si，第一高壓源Vra降低導(dǎo)通損耗;導(dǎo)通第二開關(guān)管S2，第一低壓源Veei及較低的第一驅(qū)動電阻沁I使常通型SiC JFET得到較開關(guān)速度；
導(dǎo)通第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5導(dǎo)通，驅(qū)動電壓為第二低壓源VEE2，常斷型SiC JFET關(guān)斷，電感L在開通前儲能；導(dǎo)通第三開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S5，驅(qū)動電壓為第二高壓源Vcc2，電感L向常斷型SiC JFET柵極提供峰值驅(qū)動電流;當(dāng)電感L放電完成后，第二高壓源Vcc2通過第二驅(qū)動電阻沁2與第三驅(qū)動電阻沁3提供穩(wěn)態(tài)電流。
[0009]本發(fā)明的一種常通型/常斷型SiCJFET混合橋臂驅(qū)動電路及其控制方法，可同時解決以下三方面問題:(I)實現(xiàn)高速開關(guān)能力；(2)能夠有效地減小開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗及驅(qū)動損耗;(3)無需額外的保護(hù)電路防止未提供驅(qū)動電壓時的橋臂直通現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明常通型/常斷型SiC JFET組合型橋臂功率電路圖；
圖3是本發(fā)明中輔助開關(guān)管及常通型/常斷型SiC JFET驅(qū)動電壓時序圖；
圖中:Q1-常通型SiC JFET，Q2-常斷型SiC JFET，L-常斷型SiC JFET的續(xù)流電感，D-防反流二極管，&至56_第一至第六開關(guān)管、Rgl-第一驅(qū)動電阻即常通型SiC JFET的驅(qū)動電阻，Rg2-第二驅(qū)動電阻即上拉電阻，Rg3-第三驅(qū)動電阻即常斷型SiC JFET的驅(qū)動電阻；
Vee1、Vee2-第一、第二低壓源，Vcq、V(X2-第一、第二高壓源。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明提供常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路及其控制方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例
[0012]本發(fā)明所涉及的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路，如圖2所示，包括常通型SiC JFET、常斷型SiC JFET、圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及電流源驅(qū)動電路;所述的圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及由開關(guān)管和驅(qū)動電阻連接而成;所述的電流源驅(qū)動電路由開關(guān)管、驅(qū)動電阻、二極管及電感連接而成。
[0013]在常通型SiCJFET柵極和供電電源間設(shè)有圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路；在常斷型SiCJFET柵極與供電電源間設(shè)有電流源驅(qū)動電路。
[0014]具體的說，所述圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路包括第一開關(guān)管51、第二開關(guān)管S2、第一驅(qū)動電阻友gi;第一高壓源Vcci依次順向連接第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一低壓源Veei ；第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2的中間點連接第一驅(qū)動電阻即常通型SiC JFET的驅(qū)動電阻7?gl的一端，常通型SiC JFET的驅(qū)動電阻7?gl的另一端連接常通型SiC JFET的柵極。
[0015]所述電流源驅(qū)動電路包括第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二驅(qū)動電阻即上拉電阻T?g2、第三驅(qū)動電阻即常斷型SiC JFET的驅(qū)動電阻T?g3、防返流二極管D及常斷型SiC JFET的續(xù)流電感L;
第二高壓源Vcc2依次順向連接上拉電阻T?g2、第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4、第二低壓源Vee2;第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4的中間點連接常斷型SiC JFET的驅(qū)動電阻T?g3的一端，常斷型SiC JFET的驅(qū)動電阻T?g3的另一端連接常斷型SiC JFET的柵極；
第二高壓源V(X2依次順向連接第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二低壓源VEE2;第五開關(guān)管35、第六開關(guān)管S6的中間點連接防返流二極管D的正極，二極管D的負(fù)極連接常斷型SiCJFET的續(xù)流電感L，常斷型SiC JFET的續(xù)流電感L的另一端連接常斷型SiC JFET的柵極。
[0016]本實施例的工作原理為:
在圖3所示的常通型SiC JFET圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管31導(dǎo)通時，驅(qū)動電壓為第一高壓源Vcq，能夠降低導(dǎo)通損耗；當(dāng)?shù)诙_關(guān)管S2導(dǎo)通時，第一低壓源VEE1&較低的第一驅(qū)動電阻沁:使常通型SiC JFET能夠得到較快的開關(guān)速度。當(dāng)?shù)谒?、第五開關(guān)管S4、S5導(dǎo)通時，驅(qū)動電壓為負(fù)向電壓第二低壓源VEE2，常斷型SiC JFET關(guān)斷，常斷型SiC JFET的續(xù)流電感L實現(xiàn)開通前的儲能；當(dāng)?shù)谌?、第五開關(guān)管S3、S5導(dǎo)通時，驅(qū)動電壓為第二高壓源Vcc2，電感向常斷型SiC JFET柵極提供峰值驅(qū)動電流；當(dāng)電感L放電完成后，第二高壓源Vcc2通過第二、第三驅(qū)動電阻沁2與T?g3提供穩(wěn)態(tài)電流。
[0017]以上實施例只是本發(fā)明的一個具體的實施電路原理圖，并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。任何基于本發(fā)明所做的等效變換電路，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種常通型/常斷型SiC JFET組合型橋臂功率電路，其特征是，包括常通型SiCJFET、常斷型SiC JFET、圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及電流源驅(qū)動電路;所述的圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路及由開關(guān)管和驅(qū)動電阻連接而成;所述的電流源驅(qū)動電路由開關(guān)管、驅(qū)動電阻、二極管及電感連接而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路，其特征是，在常通型SiC JFET柵極和供電電源間設(shè)有圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路;在常斷型SiC JFET柵極與供電電源間設(shè)有電流源驅(qū)動電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路，其特征是，所述圖騰柱結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路包括第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一驅(qū)動電阻7?gl;第一高壓源Vcci依次順向連接第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2、第一低壓源Veei ；第一開關(guān)管S1、第二開關(guān)管S2的中間點連接第一驅(qū)動電阻7?gl的一端，第一驅(qū)動電阻7?gl的另一端連接常通型SiC JFET的柵極。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路，其特征是，所述電流源驅(qū)動電路包括第三開關(guān)管&、第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管&、第六開關(guān)管S6、第二驅(qū)動電阻沁2、第三驅(qū)動電阻沁3、二極管D及電感L; 第二高壓源Vcc2依次順向連接第二驅(qū)動電阻T?g2、第三開關(guān)管&、第四開關(guān)管S4、第二低壓源Vee2;第三開關(guān)管S3、第四開關(guān)管S4的中間點連接第三驅(qū)動電阻T?g3的一端，第三驅(qū)動電阻沁3的另一端連接常斷型SiC JFET的柵極； 第二高壓源V(X2依次順向連接第五開關(guān)管S5、第六開關(guān)管S6、第二低壓源VEE2;第五開關(guān)管35、第六開關(guān)管S6的中間點連接二極管D的正極，二極管D的負(fù)極連接電感L，電感L的另一端連接常斷型SiC JFET的柵極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常通型/常斷型SiCJFET組合型橋臂功率電路的控制方法，其特征是，導(dǎo)通第一開關(guān)管31，第一高壓源Vee1降低導(dǎo)通損耗;導(dǎo)通第二開關(guān)管S2，第一低壓源VEE1&較低的第一驅(qū)動電阻7?gl使常通型SiC JFET得到較快的開關(guān)速度； 導(dǎo)通第四開關(guān)管S4、第五開關(guān)管S5導(dǎo)通，驅(qū)動電壓為第二低壓源VEE2，常斷型SiC JFET關(guān)斷，電感L在開通前儲能；導(dǎo)通第三開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S5，驅(qū)動電壓為第二高壓源Vcc2，電感L向常斷型SiC JFET柵極提供峰值驅(qū)動電流;當(dāng)電感L放電完成后，第二高壓源Vcc2通過第二驅(qū)動電阻沁2與第三驅(qū)動電阻沁3提供穩(wěn)態(tài)電流。
【文檔編號】H02M1/088GK105958803SQ201610342325
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】謝昊天, 秦海鴻, 朱梓悅, 付大豐, 徐華娟
【申請人】南京航空航天大學(xué)