一种碳化硅场效应管的防误导通电路及方法与流程

1.本申请涉及半导体材料技术领域，尤其涉及一种碳化硅场效应管的防误导通电路及方法。


背景技术：

2.相较于传统的碳材料，碳化硅功率场效应管由于其具有较高的热导率及禁带宽度，成为应用于高频、高压电路中的理想选择。其中，最常见的就是由两个碳化硅场效应管构成的桥臂电路。
3.但在碳化硅场效应管构成的桥臂电路中由于各种寄生参数的存在，一个场效应管的开关动作可能会使另外一个场效应管产生误导通的影响。如果不对该误导通现象进行有效的抑制，就容易导致碳化硅功率场效应管被击穿从而损坏碳化硅场效应管，或者加速碳化硅场效应管的退化。


技术实现要素：

4.本申请实施例提供了一种碳化硅场效应管的防误导通电路及方法，用以解决现有的碳化硅场效应管构成的桥臂电路中由于一个场效应管的开关动作可能会使另外一个场效应管产生误导通的技术问题。
5.一方面，本申请实施例提供了一种碳化硅场效应管的防误导通电路，电路包括：上桥臂电路、下桥臂电路；上桥臂电路包括防第一防误导通电路、上开关管s_h，下桥臂电路包括第二防误导通电路、下开关管s_l；第一防误导通电路的一端连接上开关管s_h的第二极，第一防误导通电路的另一端连接上开关管s_h的第三极，同时连接下开关管s_l的第一极；第二防误导通电路的一端连接下开关管s_l的第二极，第二防误导通电路的另一端连接下开关管s_l的第三极；其中，第一防误导通电路用于抑制上开关管s_h的第二极与第三极之间的正向串扰电压；第二防误导通电路用于抑制下开关管s_l的第二极与第三极之间的正向串扰电压。
6.本申请实施例通过在碳化硅场效应管的防误导通电路的上桥臂电路增加防第一防误导通电路，以及在下桥臂电路增加第二防误导通电路，使得在下开关管s_l导通的瞬间，上电压源u_h为上开关管s_l提供负向电压，从而抑制上开关管s_h的第二极与第三极之间的正向串扰电压，避免上开关管s_l误导通；在上开关管s1_h导通的瞬间，下电压源u_l为下开关管s_l提供负向电压，从而抑制下开关管s_l的第二极与第三极之间的正向串扰电压，避免下开关管s_l误导通。
7.在本申请的一种实现方式中，第一防误导通电路包括上电容c_h、第三上开关管s3_h以及上电压源u_h；上电容c_h的一端通过上驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极，上电容c_h的另一端连接第三上开关管s3_h的第一极；第三上开关管s3_h的第三极连接上电压源u_h的负极；上电压源u_h的正极连接上开关管s_h的第三极，同时连接下开关管s_l的第一极。
8.在本申请的另一种实现方式中，第一防误导通电路包括第三上电阻r3_h、上三级管q_h以及上电压源u_h；第三上电阻r3_h的一端通过上驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极，第三上电阻r3_h的另一端连接上三级管q_h的集电极；上三级管q_h的发射极连接上电压源u_h的负极；上电压源u_h的正极连接上开关管s_h的第三极，同时连接下开关管s_l的第一极。
9.在本申请的一种实现方式中，上桥臂电路还包括第一电压电路以及第一电阻驱动电路；第一电压电路的输出端连接第一电阻驱动电路的输入端；第一电阻驱动电路的输出端通过上驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极。
10.在本申请的一种实现方式中，第一电压电路包括第一正向供电电源uon1、第一负向供电电源uoff1、第一上开关管s1_h以及第二上开关管s2_h；第一正向供电电源uon1连接第一上开关管s1_h的第一极；第一上开关管s1_h的第三极连接第二上开关管s2_h的第一极；第二上开关管s2_h的第三极连接第一负向供电电源uoff1。
11.在本申请的一种实现方式中，第一电阻驱动电路包括第一上二极管d1_h、第一上电阻r1_h、第二上二极管d2_h以及第二上电阻r2_h；第一上二极管d1_h的阴极连接第一上电阻r1_h的一端；第一上电阻r1_h的另一端连接第二上二极管d2_h的阳极，同时通过上驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极；第二上二极管d2_h的阴极连接第二上电阻r2_h的一端；第二上电阻r2_h的另一端连接第一上二极管d1_h的阳极，同时连接第一上开关管s1_h的第三极，同时连接第二上开关管s2_h的第一极。
12.在本申请的一种实现方式中，上开关管s_h、下开关管s_l、第一上开关管s1_h以及第三上开关管s3_h均采用n型碳化硅场效应管；第二上开关管s2_h采用p型碳化硅场效应管；其中，第一极为n型场效应管的漏极或者p型场效应管的漏极，第二极为n型场效应管的栅极或者p型场效应管的栅极，第三极为n型场效应管的源极或者p型场效应管的源极。
13.在本申请的一种实现方式中，第二防误导通电路包括下电容c_l、第三下开关管s3_l以及下电压源u_l；下电容c_l的一端通过下驱动电阻rin_l连接下开关管s_l的第二极，下电容c_l的另一端连接第三下开关管s3_l的第一极；第三下开关管s3_l的第三极连接下电压源u_l的负极；下电压源u_l的正极连接下开关管s_l的第三极；下开关管s_l的第三极接地。
14.在本申请的一种实现方式中，上开关管s_h的第一极连接直流电源udc；直流电源udc的供电电压与上电压源u_h的供电电压之间的差值小于预设值；以及，直流电源udc的供电电压与下电压源u_l的供电电压之间的差值小于预设值。
15.另一方面，本申请实施例还提供了一种碳化硅场效应管的防误导通方法，应用如上述的一种碳化硅场效应管的防误导通电路，包括：在下开关管s_l导通之前，上桥臂电路中的第一防误导通电路开启，以向上开关管s_h的第二极与第三极之间施加负向电压；在下开关管s_l导通瞬间，上开关管s_h的第二极与第三极之间产生正向串扰电压；正向串扰电压与负向电压相互叠加，得到抑制；以及，在上开关管s_h导通之前，下桥臂电路中的第二防误导通电路开启，以向下开关管s_l的第二极与第三极之间施加负向电压；在上开关管s_h导通瞬间，下开关管s_l的第二极与第三极之间产生正向串扰电压；正向串扰电压与负向电压相互叠加，得到抑制。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
17.图1为本申请实施例提供的一种碳化硅场效应管的防误导通电路图；
18.图2为本申请实施例提供的另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图；
19.图3为本申请实施例提供的一种碳化硅场效应管的防误导通电路中各开关管的波形时序图。
具体实施方式
20.为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
21.本申请实施例提供了一种碳化硅场效应管的防误导通电路及方法，用以解决现有的碳化硅场效应管构成的桥臂电路中，由于一个场效应管的开关动作可能会使另外一个场效应管产生误导通的技术问题。
22.下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
23.图1为本申请实施例提供的一种碳化硅场效应管的防误导通电路图。如图1所示，碳化硅场效应管的防误导通电路包括：上桥臂电路、下桥臂电路。其中，上桥臂电路包括：第一电压电路、第一电阻驱动电路、第一防误导通电路以及上开关管s_h。
24.进一步地，第一电压电路包括：第一正向供电电源uon1、第一负向供电电源uoff1、第一上开关管s1_h以及第二上开关管s2_h。其中，第一正向供电电源uon1连接第一上开关管s1_h的第一极；第一上开关管s1_h的第三极连接第二上开关管s2_h的第一极；第二上开关管s2_h的第三极连接第一负向供电电源uoff1。
25.进一步地，第一电阻驱动电路包括：第一上二极管d1_h、第一上电阻r1_h、第二上二极管d2_h以及第二上电阻r2_h。其中，第一上二极管d1_h的阴极连接第一上电阻r1_h的一端；第一上电阻r1_h的另一端连接第二上二极管d2_h的阳极，同时通过上驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极；第二上二极管d2_h的阴极连接第二上电阻r2_h的一端；第二上电阻r2_h的另一端连接第一上二极管d1_h的阳极，同时连接第一上开关管s1_h的第三极，同时连接第二上开关管s2_h的第一极。
26.进一步地，第一防误导通电路包括：上电容c_h、第三上开关管s3_h以及上电压源u_h。其中，上电容c_h的一端通过上驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极，上电容c_h的另一端连接在第三上开关管s3_h的第一极；第三上开关管s3_h的第三极连接上电压源u_h的负极；上电压源u_h的正极连接上开关管s_h的第三极，同时上电压源u_h的正极连接下开关管s_l的第一极。
27.在本申请的一个实施例中，上开关管s_h、下开关管s_l、第一上开关管s1_h以及第三上开关管s3_h均采用n型碳化硅场效应管；第二上开关管s2_h采用p型碳化硅场效应管。并且，第一极为n型场效应管的漏极或者p型场效应管的漏极，第二极为n型场效应管的栅极或者p型场效应管的栅极，第三极为n型场效应管的源极或者p型场效应管的源极。
28.进一步地，上开关管s_h的第二极与第三极之间通过栅源电容cgs_h连接，上开关管s_h的第三极与第一极之间通过源漏电容cds_h连接，上开关管s_h的第二极与第一极之间通过栅漏电容cgd_h连接，并且上开关管s_h的第一极直接连接直流电源udc。
29.如图1所示，碳化硅场效应管的防误导通电路的下桥臂电路包括：第二电压电路、第二电阻驱动电路、第二防误导通电路以及下开关管s_l。
30.进一步地，第二电压电路包括：第二正向供电电源uon2、第二负向供电电源uoff1、第一下开关管s1_l以及第二下开关管s2_l。其中，第二正向供电电源uon2连接第一下开关管s1_l的第一极；第一下开关管s1_l的第三极连接第二下开关管s2_l的第一极；第二下开关管s2_l的第三极连接第二负向供电电源uoff2。
31.进一步地，第二电阻驱动电路包括：第一下二极管d1_l、第一下电阻r1_l、第二下二极管d2_l以及第二下电阻r2_l。其中，第一下二极管d1_l的阴极连接第一下电阻r1_l的一端；第一下电阻r1_l的另一端连接第二下二极管d2_l的阳极，同时通过下驱动电阻rin_l连接下开关管s_l的第二极；第二下二极管d2_l的阴极连接第二下电阻r2_l的一端；第二下电阻r2_l的另一端连接第一下二极管d1_l的阳极，同时连接第一下开关管s1_l的第三极，同时连接第二下开关管s2_l的第一极。
32.进一步地，第二防误导通电路包括：下电容c_l、第三下开关管s3_l以及下电压源u_l。其中，下电容c_l的一端通过下驱动电阻rin_l连接下开关管s_l的第二极，下电容c_l的另一端连接在第三下开关管s3_l的第一极；第三下开关管s3_l的第三极连接下电压源u_l的负极；下电压源u_l的正极连接下开关管s_l的第三极，同时下电压源u_l的正极连接下开关管s_l的第一极。
33.在本申请的一个实施例中，第一下开关管s1_l以及第三下开关管s3_l均采用n型碳化硅场效应管；第二下开关管s2_l采用p型碳化硅场效应管；并且，第一极为n型场效应管的漏极或者p型场效应管的漏极，第二极为n型场效应管的栅极或者p型场效应管的栅极，第三极为n型场效应管的源极或者p型场效应管的源极。
34.进一步地，下开关管s_l的第二极与第三极之间通过栅源电容cgs_h连接，下开关管s_l的第三极与第一极之间通过源漏电容cds_h连接，下开关管s_l的第二极与第一极之间通过栅漏电容cgd_h连接，并且下开关管s_l的第一极还连接上开关管s_h的第三极以及上电压源u_h的正极，下开关管s_l的第三极接地。
35.除此之外，本申请实施例还提供了另一种碳化硅场效应管的防误导通电路，与上述碳化硅场效应管的防误导通电路相比，同样可以起到避免一个场效应管的开关动作可能会使另外一个场效应管产生误导通的效果。其电路连接关系如图2所示。
36.图2为本申请实施例提供的另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图。如图2所示，第一电压电路与第二电压电路的结构及连接关系保持不变、第一电阻驱动电路与第二电阻驱动电路的结构及连接关系也保持不变，上开关管s_h与下开关管s_l的结构及连接关系也保持不变。因此，在此对本申请实施例提供的另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图中的第一电压电路、第二电压电路、第一电阻驱动电路、第二电阻驱动电路、上开关管s_h、下开关管s_l的连接关系不再赘述。
37.如图2所示，在另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图中第一防误导通电路包括：第三上电阻r3_h、上三级管q_h以及上电压源u_h。其中，第三上电阻r3_h的一端通过上
驱动电阻rin_h连接上开关管s_h的第二极，第三上电阻r3_h的另一端连接上三级管q_h的集电极；上三级管q_h的发射极连接上电压源u_h的负极；上电压源u_h的正极连接上开关管s_h的第三极，同时连接下开关管s_l的第一极。
38.如图2所示，在另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图中第二防误导通电路包括：第三下电阻r3_l、下三级管q_l以及下电压源u_l。其中，第三下电阻r3_l的一端通过下驱动电阻rin_l连接下开关管s_l的第二极，第三下电阻r3_l的另一端连接下三级管q_l的集电极；下三级管q_l的发射极连接下电压源u_l的负极；下电压源u_l的正极连接下开关管s_l的第三极，同时下电压源u_l的正极连接下开关管s_l的第一极。
39.以上为本申请实施例提供的一种碳化硅场效应管的防误导通电路的结构及连接关系。基于上述防误导通电路，本申请实施例还提供了一种碳化硅场效应管的防误导通方法，其具体的实现过程如下：
40.在下开关管s_l导通之前，上桥臂电路中的第二上开关管s2_h、第三上开关管s3_h导通，上电压源u_h向上开关管s_h的第二极与第三极之间施加负向电压；
41.在下开关管s_l导通瞬间，上开关管s_h的第三极接地，由于直流电源udc的存在，使得上开关管s_h的第二极与第三极之间产生正向串扰电压；由于上电压源u_h向上开关管s_h的第二极与第三极之间施加负向电压，且直流电源udc的供电电压与上电压源u_h的供电电压之间的差值小于预设值，所以正向串扰电压与负向电压相互叠加，从而使得上开关管s_h不会由于正向串扰电压过大而被误导通。
42.进一步地，在上开关管s_h导通之前，下桥臂电路中的第二下开关管s2_l、第三下开关管s3_l导通，下电压源u_l向下开关管s_l的第二极与第三极之间施加负向电压；
43.在上开关管s_h导通瞬间，由于直流电源udc的存在，使得下开关管s_l的第二极与第三极之间产生正向串扰电压；由于下电压源u_l向下开关管s_l的第二极与第三极之间施加负向电压，且直流电源udc的供电电压与下电压源u_l的供电电压之间的差值小于预设值，所以正向串扰电压与负向电压相互叠加，从而使得下开关管s_l不会由于正向串扰电压过大而被误导通。
44.由于图1提供的一种碳化硅场效应管的防误导通电路图与图2提供的另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图功能相同，因此，对另一种碳化硅场效应管的防误导通电路图防误导通方法不做过多赘述。
45.图3为本申请实施例提供的一种碳化硅场效应管的防误导通电路中各开关管的波形时序图。如图3所示，各开关管的导通情况如图所示：
46.t0
‑
t1时段：第二上开关管s2_h导通，第一负向供电电源uoff1为上开关管s_h供电，上开关管s_h关断；第二下开关管s2_l导通，第二负向供电电源uoff2为下开关管s_l供电，下开关管s_l关断。
47.t1
‑
t2时段：第一上开关管s1_h导通，第一正向供电电源uon1为上开关管s_h供电，上开关管s_h导通；第二下开关管s2_l导通，第二负向供电电源uoff2为下开关管s_l供电，下开关管s_l关断；同时，第三下开关管s3_l导通，下电压源u_l为下开关管s_l提供负向电压，以抑制下开关管s_l的第二极与第三极之间的正向串扰电压。
48.t2
‑
t3时段：第二上开关管s2_h导通，第一负向供电电源uoff1为上开关管s_h供电，上开关管s_h关断；第二下开关管s2_l导通，第二负向供电电源uoff2为下开关管s_l供
电，下开关管s_l关断。
49.t3
‑
t4时段：第一下开关管s1_l导通，第二正向供电电源uon2为下开关管s_l供电，下开关管s_l导通；第二上开关管s2_h导通，第一负向供电电源uoff1为上开关管s_h供电，上开关管s_h关断；同时，第三上开关管s3_l导通，上电压源u_h为上开关管s_h提供负向电压，以抑制上开关管s_h的第二极与第三极之间的正向串扰电压。
50.本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
51.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。