一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的制作方法

本发明涉及一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路。

背景技术：

驱动电路广泛应用于开关电源内部，用来驱动开关电源中功率开关器件的开通与关断。随着电力电子技术的不断发展，业界对开关电源功率密度和效率的要求的不断提高，高频化高功率密度化是开关电源的发展趋势之一，而基于硅半导体材料的功率开关器件经过几十年的飞速发展，性能接近其材料的理论极限，成为限制开关电源性能进一步优化和发展的瓶颈；为解决这个问题，基于以碳化硅为代表的第三代半导体材料的功率开关器件应运而生。碳化硅MOSFET具有耐压高、导通电阻小、开关损耗小和工作频率高等优势，为开关电源的高频化和高功率密度化的发展注入了新的动力。

碳化硅MOSFET由于材料的差异和应用要求也导致其对驱动电路的要求与传统硅MOSFET及IGBT存在一定的不同之处，具体包括碳化硅MOSFET需要更高驱动电压以获得较低的导通电阻，关断时需要加入一定的负压以防止器件发生误导通，减小驱动回路的寄生参数和增大驱动电流能力以获得功率开关管高频开关动作、抑制碳化硅MOSFET在桥式电路中的串扰问题等，这些都对碳化硅MOSFET的驱动电路提出了更高的要求，若直接沿用现有硅MOSFET及IGBT的驱动方案，很容易造成碳化硅MOSFET的失效。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路，能够提高碳化硅MOSFET的开关速度，减小开关损耗，进而提开关电源工作的开关频率；同时防止了寄生参数引起的碳化硅MOSFET误动作，提高了碳化硅MOSFET工作的可靠性。

本发明是这样实现的：一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路，包括隔离模块、驱动模块以及电阻模块，所述隔离模块、驱动模块以及电阻模块依次连接，所述驱动模块的正驱动电压为18V至22V，所述驱动模块的负驱动电压为-2.5V至-4.5V。

进一步地，所述电阻模块的开通电阻为2欧姆至8欧姆。

进一步地，所述电阻模块的关断电阻小于或等于开通电阻。

进一步地，所述隔离模块的CMTI大于或等于25kV/us。

本发明的优点在于：本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路，在经过反复的实验验证，提出了最优的正向驱动电压(用于开通碳化硅MOSFET)和负向驱动电压(用于关断碳化硅MOSFET)范围；通过应用该最优的正向驱动电压，使碳化硅MOSFET导通时具有较低的导通电阻，同时不易使器件因瞬时栅源极电压超过其最大正向驱动电压而导致器件失效；通过应用该最优的负向驱动电压，使碳化硅MOSFET关断时不易发生误导通现象，同时也不易使器件因瞬时栅源极电压超过其最低负向驱动电压而导致器件失效；

由于碳化硅MOSFET具有比传统硅功率MOSFET和IGBT具有更快的开关速度，在开关管开通和关断过程会产生更严重的电磁噪声干扰，为了使控制系统的信号部分不受功率部分的影响，需要对驱动电路隔离部分耐受共模电的能力CMTI提出了一定的要求，经反复的实验验证，当其CMTI大于等于25kV/us时，该驱动电路可实现功率部分和信号部分良好的隔离效果，提高了控制系统的可靠性和抗干扰性。

对驱动电阻进行优化配置，使用开通电阻大于等于关断电阻的搭配方案，有效抑制了碳化硅MOSFET在桥式电路的串扰问题，提高碳化硅MOSFET在桥式电路中工作的可靠性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的原理图。

图2是本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的驱动模块电路图一。

图3是本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的驱动模块电路图二。

图4是本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的电阻模块实施例一。

图5是本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的电阻模块实施例二。

图6是本发明一种用于碳化硅MOSFET的驱动电路的电阻模块实施例三。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明用于碳化硅MOSFET的驱动电路，包括隔离模块、驱动模块以及电阻模块，所述隔离模块、驱动模块以及电阻模块依次连接，所述驱动模块的正驱动电压为18V至22V，所述驱动模块的负驱动电压为-2.5V至-4.5V，所述电阻模块的开通电阻为2欧姆至8欧姆，所述电阻模块的关断电阻小于或等于开通电阻，所述隔离模块的CMTI大于或等于25kV/us。

如图2和图3所示，驱动单元中的开关器件既可以基于MOSFET的图腾柱驱动结构，也可以为基于三极管图腾柱驱动结构，以及基于图腾柱驱动结构扩展出的其他驱动结构，，其两端分别与正向驱动电压VDD以及负向驱动电压VSS连接；

电阻单元既可以为一个电阻方案(即开通电阻等于关断电阻，如图4所示)，也可以采用一个二极管与电阻串联的支路与另一个电阻并联的方案(这个方案可调节开通电阻和关断电阻的大小，如图5所示)，还可选用开通、关断驱动通路相互独立的驱动芯片，分别在对应的驱动通路上放置相应的开通、关断电阻的方案(如图6所示)。

其中隔离模块主要实现控制信号部分与功率部分之间的隔离，避免功率器件的开通关断产生的噪声对控制信号产生影响；驱动模块由驱动信号进行控制，当控制碳化硅MOSFET导通时，驱动模块把正向驱动电压通过电阻模块施加到碳化硅MOSFET的栅-源极上，实现碳化硅MOSFET的导通；同理，当控制碳化硅MOSFET关断时，驱动模块把负向驱动信号通过电阻模块施加到碳化硅MOSFET的栅-源极上，实现碳化硅MOSFET的关断。而通过改变电阻模块中开通、关断驱动电阻的阻值，可调节碳化硅MOSFET的开通和关断速度。

隔离模块的共模电压抑制比：

由于碳化硅MOSFET具有较高的开关速度，其在开关过程中的电压变化率dv/dt和电流变化率di/dt相比于硅的MOSFET和IGBT也较大，因此对驱动电路所耐受的共模电压变化率(Common Mode Transient Immunity,CMTI)也提出了更为苛刻的要求。通过测试，使用CMTI大于等于25kV/us的隔离驱动方案可大幅度减轻系统的驱动信号受到共模电压的影响，提高系统的可靠性。

由于碳化硅MOSFET对驱动电压的要求相比硅的MOSFET和IGBT而言更苛刻，通常在+25V～-10V之间，在开关过程中碳化硅MOSFET的栅-源极之间的正向电压尖峰过高或负向电压尖峰过低都可能导致碳化硅MOSFET的栅-源极被击穿。因此，在碳化硅MOSFET的应用中，经过反复试验，我们最终把碳化硅MOSFET的正驱动电压设置为18～22V之间，保证了碳化硅MOSFET的完全导通，负驱动电压设置为-2.5～-4.5V之间，保证了碳化硅MOSFET的可靠关断。此外，合适的驱动电阻选型还可有效降低系统的开关损耗以及系统的可靠性，同样经过反复测试，我们在应用碳化硅MOSFET时，选取的驱动电阻为在2～8欧姆之间，可保证碳化硅MOSFET较低的开关损耗，又可有效改善器件的可靠性。我们还通过采取开通电阻和关断电阻的分离，通过选取合适的开通和关断电阻，进一步优化碳化硅MOSFET的开关特性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。