基于寄生電感電流檢測(cè)方法及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明提出的基于寄生電感電流檢測(cè)方法及其應(yīng)用，通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管源極引腳到功率地之間連線的寄生電感兩端的電壓信號(hào)判斷是否過(guò)流，通過(guò)邏輯控制電路發(fā)送過(guò)流關(guān)斷指令，在發(fā)生過(guò)流情況的同時(shí)，通過(guò)柵極電壓鉗位電路限制開(kāi)關(guān)管的柵源極電壓以保護(hù)開(kāi)關(guān)管，同時(shí)集合了軟關(guān)斷功能，減緩過(guò)流關(guān)斷的速度，降低關(guān)斷瞬間的電壓尖峰，在實(shí)現(xiàn)SiC器件短路保護(hù)的快速性的同時(shí)，減少了EMI問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
基于寄生電感電流檢測(cè)方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明提出一種適用于SiC器件的新型過(guò)流保護(hù)電路，涉及到基于寄生電感電流 檢測(cè)并集合過(guò)流軟關(guān)斷功能的快速檢測(cè)保護(hù)電路，屬電力電子設(shè)備領(lǐng)域技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，SiC器件以其導(dǎo)通電阻低、開(kāi)關(guān)速度快、耐高溫高壓等優(yōu)勢(shì)成為提高功率 變換器效率和功率密度的理想器件。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中缺少快速、可靠的過(guò)流保護(hù)電 路。
[0003] 與Si器件相比，SiC器件的芯片面積更小，電流密度更高，短路承受能力較低。對(duì)于 封裝為T(mén)0-247的SiC M0SFET，在母線電壓為700V、驅(qū)動(dòng)正壓為+18V的情況下，短路承受時(shí)間 僅在8~10ys之間。且由于SiC M0SFET的溝道迀移率呈正溫度系數(shù)，發(fā)生過(guò)流時(shí)，SiC M0SFET結(jié)溫快速上升，溝道迀移率增大，漏源極流過(guò)的電流更大，加速了器件的熱擊穿。因 此，為了使SiC M0SFET工作在安全區(qū)內(nèi)，過(guò)流保護(hù)電路的反應(yīng)速度需要達(dá)到更高的要求。
[0004] 除了可能導(dǎo)致熱擊穿外，過(guò)流也會(huì)影響SiC器件的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)通，SiC M0SFET的驅(qū)動(dòng)正壓通常在+20V以上，而驅(qū)動(dòng)正壓越高導(dǎo)致短路故障時(shí)短路電流越大，短路 承受時(shí)間越短;且驅(qū)動(dòng)正壓越高使得柵極電場(chǎng)強(qiáng)度增大，影響柵極氧化層的可靠性。
[0005] 由于SiC器件的結(jié)電容較小，開(kāi)關(guān)速度較高，開(kāi)通和關(guān)斷瞬間的di/dt和dv/dt更 高，SiC器件的跨導(dǎo)呈正溫度系數(shù)，開(kāi)通和關(guān)斷瞬間的di/dt和dv/dt也會(huì)隨著結(jié)溫的升高繼 續(xù)增大，過(guò)流保護(hù)電路時(shí)開(kāi)關(guān)管結(jié)溫迅速升高，如果此時(shí)快速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，則關(guān)斷瞬間的 dv/dt和di/dt會(huì)更高，使得EMI問(wèn)題更加嚴(yán)重，所以過(guò)流保護(hù)電路的反應(yīng)速度與EMI之間需 要折中考慮。
[0006] -種已知的SiC器件的過(guò)流保護(hù)電路是由芯片IR2127組成的固態(tài)斷路器電路。利 用過(guò)載時(shí)FET上的電壓顯著增加的原理檢測(cè)過(guò)流現(xiàn)象，但這種方法在短路瞬間由于芯片內(nèi) 部的邏輯延時(shí)，限制了其過(guò)流保護(hù)的反應(yīng)速度。另一種已知的SiC器件的過(guò)流保護(hù)電路是欠 飽和檢測(cè)電路，利用過(guò)流時(shí)SiC器件退出飽和區(qū)的特性觸發(fā)過(guò)流保護(hù)電路，但這種方法不適 用于飽和區(qū)并不明顯的SiC M0SFET，且這種方法在高開(kāi)關(guān)頻率下抗噪性較差，易發(fā)生誤觸 發(fā)現(xiàn)象。
[0007] 為了充分利用SiC的開(kāi)關(guān)特性，在實(shí)現(xiàn)SiC器件短路保護(hù)的快速性的同時(shí)，兼顧EMI 的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷以降低關(guān)斷瞬間高di/dt引起的電壓尖峰，降低故障關(guān)斷時(shí)開(kāi)關(guān)管兩端 的電壓應(yīng)力，本發(fā)明提出了一種集合軟關(guān)斷功能的基于寄生電感電流檢測(cè)方法的過(guò)流保護(hù) 電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于寄生電感電流檢測(cè)的過(guò)流保護(hù)電 路，利用開(kāi)關(guān)管漏極引腳與功率地之間的引線上存在的寄生電感檢測(cè)漏極電流，并在檢測(cè) 到過(guò)流時(shí)實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管的保護(hù)。
[0009] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0010] 基于寄生電感電流檢測(cè)方法，該方法通過(guò)檢測(cè)SiC開(kāi)關(guān)管漏極引腳到功率地之間 連線的寄生電感兩端的電壓信號(hào)來(lái)計(jì)算漏極電流的大小，判斷是否過(guò)流。
[0011] 該方法基于SiC開(kāi)關(guān)管漏極電流檢測(cè)電路，具體為:所述開(kāi)關(guān)管&源極引腳為S，源 極引腳S到功率地之間的寄生電感L s(e3Xt);源極引腳到功率地之間連線的寄生電感即漏感電 壓檢測(cè)點(diǎn)為K，所述檢測(cè)點(diǎn)K與源極引腳S間的引線寄生電感為L(zhǎng) K;所述開(kāi)關(guān)管&源極內(nèi)部寄 生電感為L(zhǎng)s(int);所述開(kāi)關(guān)管&柵極寄生電阻為心，柵極寄生電感為U，所述開(kāi)關(guān)管&漏極內(nèi) 部寄生電感為L(zhǎng) D(int);流過(guò)柵源極回路的電流為ic，漏極電流為iD。
[0012] 基于寄生電感電流檢測(cè)方法的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，該電路包括依次連接的 過(guò)流檢測(cè)電路、邏輯控制電路、柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路，所述過(guò)流保護(hù)電路包括檢 測(cè)開(kāi)關(guān)管，所述檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的源極接功率地，柵極接入柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路;將 過(guò)流信號(hào)發(fā)送至邏輯控制電路產(chǎn)生過(guò)流關(guān)斷指令，通過(guò)柵極電壓鉗位電路限制開(kāi)關(guān)管的柵 源極電壓以保護(hù)開(kāi)關(guān)管，同時(shí)觸發(fā)軟關(guān)斷電路，減緩故障過(guò)流關(guān)斷的速度。
[0013] 所述邏輯控制電路包括檢測(cè)電容Cd和充電電阻Rd，所述充電電阻Rd-端接功率地， 另一端連接檢測(cè)電容Cd的一端以及邏輯控制電路的輸入端;所述檢測(cè)電容Cd另一端接檢測(cè) 開(kāi)關(guān)管&的源極。
[0014] 所述邏輯控制電路包括遲滯比較器、與門(mén)電路和D觸發(fā)器;所述遲滯比較器的輸入 端為邏輯控制電路的輸入端，連接至檢測(cè)電路，其輸出端連接至與門(mén)電路的輸入端以及D觸 發(fā)器的清零端;所述與門(mén)電路的另一個(gè)輸入為PWM輸入信號(hào)￥?，其輸出端連接至控制D觸發(fā) 器的時(shí)鐘信號(hào)CLK;所述D觸發(fā)器的輸出端連接至柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路。
[0015] 所述柵極電壓鉗位電路包括第三開(kāi)關(guān)管M3、穩(wěn)壓二極管Di和放電電容C1;所述第三 開(kāi)關(guān)管M3由邏輯控制電路中D觸發(fā)器的輸出信號(hào)控制，其源極連接至控制地V CND，漏極連接 放電電容Cl;所述放電電容&并聯(lián)穩(wěn)壓二極管0:，其另一端連接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的柵極。
[0016] 所述軟關(guān)斷電路包括第二開(kāi)關(guān)管M2、緩沖電容(：2和緩沖電阻R4、軟關(guān)斷電阻R3、上 拉電阻R!、第一開(kāi)關(guān)管％、第四開(kāi)關(guān)管M 4、第五開(kāi)關(guān)管M5、驅(qū)動(dòng)電阻辦以及邏輯門(mén)；其中，所述 驅(qū)動(dòng)電阻R2為正常開(kāi)關(guān)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電阻，驅(qū)動(dòng)電阻R 2-端連接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的柵極軟關(guān)斷電阻 R3的一端，另一端連接第四開(kāi)關(guān)管M4、第五開(kāi)關(guān)管此的漏極;所述軟關(guān)斷電阻R 3的另一端連 接第二開(kāi)關(guān)管跑的漏極;所述第二開(kāi)關(guān)管此的源極接地，柵極連接緩沖電阻R4的一端以及緩 沖電容&的一端;所述緩沖電阻R 4的另一端連接邏輯控制電路的輸出端，所述緩沖電容&的 另一端連接第三開(kāi)關(guān)管M3的源極以及第一開(kāi)關(guān)管％的源極和控制地V GND;所述第一開(kāi)關(guān)管 Mi的漏極連接與非門(mén)、與門(mén)的輸入端以及上拉電阻仏的一端;分別為驅(qū)動(dòng)正壓和負(fù) 壓，分別連接第四開(kāi)關(guān)管M4、第五開(kāi)關(guān)管此的源極;第四開(kāi)關(guān)管M 4、第五開(kāi)關(guān)管M5的柵極分別 連接至與非門(mén)的輸出端、與門(mén)的輸出端;VIN為PWM輸入信號(hào)，連接至非門(mén)、與門(mén)的輸入端控制 開(kāi)關(guān)管正常開(kāi)通和關(guān)斷。
[0017] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0018] 本發(fā)明提出一種基于寄生電感電流檢測(cè)方法的新型過(guò)流保護(hù)電路，可應(yīng)用于SiC 器件的保護(hù)電路中，通過(guò)簡(jiǎn)單易行的檢測(cè)和控制方法，能以較快的反應(yīng)速度檢測(cè)到故障電 流，并通過(guò)軟關(guān)斷電路以較慢的速度關(guān)斷，減小關(guān)斷瞬間的漏極電流上升率，避免由于過(guò)流 時(shí)帶來(lái)的高漏極電流上升率在寄生電感上產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓，減小SiC器件所承受的電 壓尖峰，保護(hù)Sic器件的安全。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0020] 圖1是本發(fā)明的基于寄生電感電流檢測(cè)方法的漏極電流檢測(cè)電路示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明所提出的基于寄生電感電流檢測(cè)方法的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路 圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明的過(guò)流故障發(fā)生時(shí)保護(hù)電路的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明提供基于寄生電感電流檢測(cè)方法及其應(yīng)用，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(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處 所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明提供的基于寄生電感電流檢測(cè)方法，該方法通過(guò)檢測(cè)S i C開(kāi)關(guān) 管源極引腳到功率地之間連線的寄生電感兩端的電壓信號(hào)來(lái)計(jì)算漏極電流的大小，判斷是 否過(guò)流。該方法基于SiC開(kāi)關(guān)管漏極電流檢測(cè)電路，具體為:所述開(kāi)關(guān)管&源極引腳為S，源 極引腳S到功率地之間的寄生電感L s(e3Xt);漏極電壓檢測(cè)點(diǎn)為K，所述檢測(cè)點(diǎn)K與源極引腳S間 的引線寄生電感為L(zhǎng)K;所述開(kāi)關(guān)管&源極內(nèi)部寄生電感為L(zhǎng)s( int);所述開(kāi)關(guān)管&柵極寄生電 阻為心，柵極寄生電感為U，所述開(kāi)關(guān)管&漏極內(nèi)部寄生電感為L(zhǎng) D(int);流過(guò)柵源極回路的電 流為ic，漏極電流為iD。
[0025] 圖1為SiC M0SFET開(kāi)關(guān)管&的寄生電感電流檢測(cè)方法，即通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管&源極引 腳S到功率地GND之間的寄生電感Ls( ext)兩端的電壓，即可檢測(cè)漏極電流的大小。其中，開(kāi)關(guān) 管Qi源極引腳為S，Ls(e3Xt)為其到功率地GND之間的寄生電感，其中K為漏感電壓檢測(cè)點(diǎn)，L K為K 和S之間可能產(chǎn)生的引線寄生電感，Ls(int)為開(kāi)關(guān)管&源極內(nèi)部寄生電感，h為柵極寄生電 阻，U為柵極寄生電感，L D(int)為開(kāi)關(guān)管漏極內(nèi)部寄生電感。iG為流過(guò)柵源極回路的電流，iD 為漏極電流。
[0026] S和功率地GND之間的電壓可以表示為：
[0028]其中，LK為源極檢測(cè)點(diǎn)K和源極引腳S之間引起的寄生電感，由于LK與源極引線寄生 電感Ls(ext)相比小得多，所以可以忽略不計(jì)，即：
[0030]貝ljLs(ext)可以通過(guò)發(fā)生短路時(shí)示波器所記錄的漏極電流上升率diD/dt和VKS和計(jì)算 得出，即：
[0032]本發(fā)明提供的基于寄生電感電流檢測(cè)方法的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，該電路包 括依次連接的過(guò)流檢測(cè)電路、邏輯控制電路、柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路，所述過(guò)流保 護(hù)電路包括檢測(cè)開(kāi)關(guān)管，所述檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的源極接功率地，柵極接入柵極電壓鉗位電路和 軟關(guān)斷電路;將過(guò)流信號(hào)發(fā)送至邏輯控制電路產(chǎn)生過(guò)流關(guān)斷指令，通過(guò)柵極電壓鉗位電路 限制開(kāi)關(guān)管的柵源極電壓以保護(hù)開(kāi)關(guān)管，同時(shí)觸發(fā)軟關(guān)斷電路，減緩故障過(guò)流關(guān)斷的速度。
[0033] 所述邏輯控制電路包括檢測(cè)電容Cd和充電電阻Rd，所述充電電阻Rd-端接功率地， 另一端連接檢測(cè)電容Cd的一端以及邏輯控制電路的輸入端;所述檢測(cè)電容Cd另一端接檢測(cè) 開(kāi)關(guān)管&的源極。
[0034] 所述邏輯控制電路包括遲滯比較器、與門(mén)電路和D觸發(fā)器;所述遲滯比較器的輸入 端為邏輯控制電路的輸入端，連接至檢測(cè)電路，其輸出端連接至與門(mén)電路的輸入端以及D觸 發(fā)器的清零端;所述與門(mén)電路的另一個(gè)輸入為PWM輸入信號(hào)￥?，其輸出端連接至控制D觸發(fā) 器的時(shí)鐘信號(hào)CLK;所述D觸發(fā)器的輸出端連接至柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路。
[0035]所述柵極電壓鉗位電路包括第三開(kāi)關(guān)管M3、穩(wěn)壓二極管Di和放電電容C1;所述第三 開(kāi)關(guān)管M3由邏輯控制電路中D觸發(fā)器的輸出信號(hào)控制，其源極連接至軟關(guān)斷電路，漏極連接 放電電容Ci;所述放電電容&并聯(lián)穩(wěn)壓二極管0:，其另一端連接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的柵極。
[0036]所述軟關(guān)斷電路包括第二開(kāi)關(guān)管M2、緩沖電容(：2和緩沖電阻R4、軟關(guān)斷電阻R 3、上 拉電阻R!、第一開(kāi)關(guān)管施、第四開(kāi)關(guān)管M4、第五開(kāi)關(guān)管M5驅(qū)動(dòng)電阻此以及邏輯門(mén)；其中，所述驅(qū) 動(dòng)電阻R 2為正常開(kāi)關(guān)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電阻，驅(qū)動(dòng)電阻R2-端連接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的柵極軟關(guān)斷電阻R3 的一端，另一端連接第四開(kāi)關(guān)管M4、第五開(kāi)關(guān)管此的漏極;所述軟關(guān)斷電阻R3的另一端連接 第二開(kāi)關(guān)管此的漏極;所述第二開(kāi)關(guān)管跑的源極接控制地V GND，柵極連接緩沖電阻R4的一端 以及緩沖電容C2-端;所述緩沖電阻R 4的另一端連接邏輯控制電路的輸出端，所述緩沖電容 C2的另一端連接第三開(kāi)關(guān)管M3的源極以及第一開(kāi)關(guān)管施的源極和控制地V GND;所述第一開(kāi)關(guān) 管％的漏極連接與非門(mén)、與門(mén)的輸入端以及上拉電阻仏的一端;分別為驅(qū)動(dòng)正壓和 負(fù)壓，分別連接第四開(kāi)關(guān)管M 4、第五開(kāi)關(guān)管此的源極;第四開(kāi)關(guān)管M4、第五開(kāi)關(guān)管施的柵極分 別連接至與非門(mén)的輸出端、與門(mén)的輸出端;V IN為PWM輸入信號(hào)，連接至非門(mén)、與門(mén)的輸入端控 制開(kāi)關(guān)管正常開(kāi)通和關(guān)斷。
[0037]圖2為本發(fā)明所提出的以SiC M0SFET為例的過(guò)流保護(hù)電路示意圖，開(kāi)關(guān)管&的過(guò) 流保護(hù)電路由四個(gè)部分構(gòu)成，即過(guò)流檢測(cè)電路、邏輯控制電路、柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷 電路。其中檢測(cè)電路由檢測(cè)電容Cd和充電電阻Rd組成，邏輯控制電路包括遲滯比較器、與門(mén) 電路和D觸發(fā)器，遲滯比較器的輸出送給與門(mén)的輸入和D觸發(fā)器的清零端，與門(mén)的另一個(gè)輸 入為PWM輸入信號(hào)Vin，與門(mén)的輸出控制D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CLK。柵極電壓鉗位電路包括開(kāi)關(guān) 管M3、穩(wěn)壓二極管Di和放電電容Ci，開(kāi)關(guān)管M3由邏輯控制電路中D觸發(fā)器的輸出信號(hào)控制。軟 關(guān)斷電路由開(kāi)關(guān)管M 2、緩沖電容(：2和緩沖電阻R4、軟關(guān)斷電阻R3和開(kāi)關(guān)管施構(gòu)成，辦為正常開(kāi) 關(guān)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電阻，V cc和Vee分別為驅(qū)動(dòng)的正壓和負(fù)壓，辦為驅(qū)動(dòng)電路上拉電阻，VIN為PWM輸入 信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)管正常開(kāi)通和關(guān)斷。
[0038] 過(guò)流檢測(cè)電路由檢測(cè)電容Cd和充電電阻Rd組成，檢測(cè)電容Cd上的電壓可以表示為：
[0040] 則漏極電流iD可以通過(guò)電容Cd上的電壓V。檢測(cè)計(jì)算而得。若開(kāi)通時(shí)漏極電流iD出 現(xiàn)過(guò)流或短路故障，即在t3時(shí)刻電容Cd上的電壓V。超過(guò)邏輯控制電路中遲滯比較器的上限 值，則遲滯比較器的輸出跳變?yōu)楦唠娖?，則與門(mén)的輸出跳變?yōu)楦唠娖?，與門(mén)的輸出給D觸發(fā) 器的時(shí)鐘引腳，在時(shí)鐘信號(hào)上升沿的觸發(fā)下，D觸發(fā)器的狀態(tài)輸出Q跳變?yōu)楦唠娖?，即邏輯?制電路發(fā)出過(guò)流或短路故障關(guān)斷的高電平信號(hào)。
[0041 ]圖3中VDS為SiC M0SFET漏源極間電壓，iD為漏極電流，Vprcit為邏輯控制電路輸出的 保護(hù)電壓信號(hào)，V。為檢測(cè)電容Cd上的電壓信號(hào)。Vomth)為事先設(shè)置的門(mén)限電壓值，在to時(shí)刻， 漏極電流上升，V。檢測(cè)到一個(gè)幅值增大的電壓信號(hào)，時(shí)刻，此電壓信號(hào)的大小超過(guò)事先設(shè) 置的門(mén)限電壓值，檢測(cè)到的漏極電流超過(guò)安全范圍I D(max)^t2時(shí)刻邏輯控制信號(hào)Q的輸出 電壓vprQt開(kāi)始上升，在t 3時(shí)刻，SiC M0SFET的柵源極電壓被鉗位。
[0042] 在過(guò)流或短路故障狀態(tài)下，漏極電流快速上升，給柵源極的極間電容充電，SiC M0SFET的柵源極電壓很容易超過(guò)柵源極電壓極限值，易導(dǎo)致柵源極間的柵氧層擊穿或損 壞。所以，為了防止過(guò)流瞬間開(kāi)關(guān)管柵源極過(guò)壓，在t 3時(shí)刻邏輯控制電路發(fā)出高電平信號(hào) vpr。后，柵極電壓鉗位電路中的開(kāi)關(guān)管M3開(kāi)通，電容&快速充電，使得柵源極GS之間的電壓 被二極管〇:鉗位于v CS(max)，柵源極之間的電壓不再繼續(xù)上升。
[0043] 在邏輯控制電路輸出為高電平的同時(shí)，即在t3時(shí)刻，Mi也開(kāi)通，即二輸入與非門(mén) NAND2和二輸入與門(mén)AND2的輸入收到一個(gè)低電平，圖騰柱式驅(qū)動(dòng)電路中的開(kāi)關(guān)管M位即關(guān) 斷，開(kāi)關(guān)管此也保持關(guān)斷狀態(tài)，關(guān)斷緩沖電阻R4為緩沖電容C 2充電，充電時(shí)間Δ t = R4 X C2， 延遲Δ tl時(shí)間后，在t4時(shí)亥_2開(kāi)通，此時(shí)柵源極之間接入了一個(gè)比正常開(kāi)關(guān)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電阻R 2 更大的驅(qū)動(dòng)電阻R3,使得SiC M0SFET以較慢的速度關(guān)斷，減小由于過(guò)流時(shí)高di/dt作用于寄 生電感上引起的電壓尖峰。
[0044] 本發(fā)明提出的一種基于寄生電感電流檢測(cè)方法的SiC器件過(guò)流保護(hù)電路，即通過(guò) 檢測(cè)開(kāi)關(guān)管源極引腳到功率地之間連線的寄生電感兩端的電壓信號(hào)判斷是否過(guò)流，通過(guò)邏 輯控制電路發(fā)出過(guò)流關(guān)斷指令，在發(fā)生過(guò)流情況時(shí)，通過(guò)柵極電壓鉗位電路限制開(kāi)關(guān)管的 柵源極電壓以保護(hù)開(kāi)關(guān)管，同時(shí)觸發(fā)軟關(guān)斷電路，減緩故障過(guò)流關(guān)斷的速度，降低關(guān)斷瞬間 的電壓尖峰，在實(shí)現(xiàn)SiC器件短路保護(hù)的快速性的同時(shí)，避免由于過(guò)流時(shí)帶來(lái)的高di/dt在 寄生電感上產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓，減小SiC器件上所承受的電壓尖峰，保護(hù)SiC器件的安全。
[0045] 以上所述，僅為了解釋本發(fā)明所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易實(shí)施方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變 化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的 保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于寄生電感電流檢測(cè)方法，其特征在于:該方法通過(guò)檢測(cè)Sic開(kāi)關(guān)管源極引腳到功 率地之間連線的寄生電感兩端的電壓信號(hào)來(lái)計(jì)算漏極電流的大小，判斷是否過(guò)流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于寄生電感電流檢測(cè)方法，其特征在于：該方法基于SiC開(kāi) 關(guān)管漏極電流檢測(cè)電路，具體為:所述開(kāi)關(guān)管&源極引腳為S，源極引腳S到功率地之間的寄 生電感Z S(e3Xt);漏極引腳到功率地之間連線的寄生電感即漏感電壓檢測(cè)點(diǎn)為K，所述檢測(cè)點(diǎn) K與源極引腳S間的引線寄生電感為Ζκ;所述開(kāi)關(guān)管Qi源極內(nèi)部寄生電感為Zs(int);所述開(kāi) 關(guān)管&柵極寄生電阻為，柵極寄生電感為Zc，所述開(kāi)關(guān)管&漏極內(nèi)部寄生電感為 流過(guò)柵源極回路的電流為i c，漏極電流為i 〇。3. 基于權(quán)利要求2所述的寄生電感電流檢測(cè)方法的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，其特征 在于，該電路包括依次連接的過(guò)流檢測(cè)電路、邏輯控制電路、柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電 路，所述過(guò)流保護(hù)電路包括檢測(cè)開(kāi)關(guān)管，所述檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的源極接功率地，柵極接入柵極電 壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路;將過(guò)流信號(hào)發(fā)送至邏輯控制電路產(chǎn)生過(guò)流關(guān)斷指令，通過(guò)柵極 電壓鉗位電路限制開(kāi)關(guān)管的柵源極電壓以保護(hù)開(kāi)關(guān)管，同時(shí)觸發(fā)軟關(guān)斷電路，減緩故障過(guò) 流關(guān)斷的速度。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述過(guò)流檢測(cè)電路包 括檢測(cè)電容C d和充電電阻7? d，所述充電電阻7? d-端接功率地，另一端連接檢測(cè)電容C d的 一端以及邏輯控制電路的輸入端;所述檢測(cè)電容Cd另一端接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管&的源極。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述邏輯控制電路包 括遲滯比較器、與門(mén)電路和D觸發(fā)器;所述遲滯比較器的輸入端為邏輯控制電路的輸入端， 連接至檢測(cè)電路，其輸出端連接至與門(mén)電路的輸入端以及D觸發(fā)器的清零端;所述與門(mén)電路 的另一個(gè)輸入為控制開(kāi)關(guān)管Qi的PWM輸入信號(hào)K IN，其輸出端連接至控制D觸發(fā)器的時(shí)鐘信 號(hào)CLK;所述D觸發(fā)器的輸出端連接至柵極電壓鉗位電路和軟關(guān)斷電路。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述柵極電壓鉗位電 路包括第三開(kāi)關(guān)管#3、穩(wěn)壓二極管j9i和放電電容Cl ;所述第三開(kāi)關(guān)管#3由邏輯控制電 路中D觸發(fā)器的輸出信號(hào)控制，其源極連接至控制地KCND，漏極連接放電電容Ci ;所述放電 電容Ci并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，其另一端連接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的柵極。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的SiC M0SFET過(guò)流保護(hù)電路，其特征在于，所述軟關(guān)斷電路包括 第二開(kāi)關(guān)管#2、緩沖電容匚2和緩沖電阻7? 4、軟關(guān)斷電阻7? 3、上拉電阻7^、第一開(kāi)關(guān)管 、第四開(kāi)關(guān)管#4、第五開(kāi)關(guān)管#5驅(qū)動(dòng)電阻7? 2以及邏輯門(mén)；其中，所述驅(qū)動(dòng)電阻7? 2為 正常開(kāi)關(guān)時(shí)的驅(qū)動(dòng)電阻，驅(qū)動(dòng)電阻7? 2 -端連接檢測(cè)開(kāi)關(guān)管的柵極、軟關(guān)斷電阻7? 3的一 端，另一端連接第四開(kāi)關(guān)管#4、第五開(kāi)關(guān)管#5的漏極;所述軟關(guān)斷電阻的另一端連接 第二開(kāi)關(guān)管#2的漏極;所述第二開(kāi)關(guān)管# 2的源極控制地KGND，柵極連接緩沖電阻的 一端以及緩沖電容c2的一端;所述緩沖電阻7? 4的另一端連接邏輯控制電路的輸出端，所 述緩沖電容C2的另一端連接第三開(kāi)關(guān)管#3的源極以及第一開(kāi)關(guān)管的源極和控制地 Fgnd;所述第一開(kāi)關(guān)管#1的漏極連接與非門(mén)、與門(mén)的輸入端以及上拉電阻7? 1的一端； 和^分別為驅(qū)動(dòng)正壓和負(fù)壓，分別連接第四開(kāi)關(guān)管#4、第五開(kāi)關(guān)管#5的源極;第四開(kāi)關(guān) 管#4、第五開(kāi)關(guān)管#5的柵極分別連接至與非門(mén)的輸出端、與門(mén)的輸出端；Kin為P麗輸入 信號(hào)，連接至非門(mén)、與門(mén)的輸入端控制開(kāi)關(guān)管正常開(kāi)通和關(guān)斷。
【文檔編號(hào)】H03K17/687GK106027011SQ201610343220
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】朱梓悅, 秦海鴻, 聶新, 徐華娟, 付大豐
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)