基于SiC功率器件的硬件保护电路的制作方法

基于sic功率器件的硬件保护电路
技术领域
1.本实用新型涉及保护电路技术，尤其涉及了基于sic功率器件的硬件保护电路。


背景技术：

2.过流保护分两类：一类过流保护是桥臂直通或者相对地短路导致电流急剧上升需要在极短时间内关闭mosfet，sic mosfet更是如此所以一般需要纯硬件电路来应对一类过流保护；二类过流保护是长时间流过大电流对mosfet的保护，电流长期处于一个比较大的电流值，根据电流大小关断时间也不一样，一般电流越大关断时间需要越短，考验的系统的过载能力。
3.如现有技术cn202110043527.2中，其对于一般中小功率的电机驱动器，驱动芯片一般为soic-8封装的，对mosfet不具备desat保护功能，且功率器件是最为昂贵的一部分，因此需要在驱动芯片不具备desat保护功能的情况进行保护一类和二类过流保护。当需要一类过流保护和二类过流保护的时候，其sic功率器件损耗大，设备效率低。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术中针对sic功率器件一类过流保护和二类过流保护其损耗大，设备效率低的问题，提供了基于sic功率器件的硬件保护电路。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：
6.基于sic功率器件的硬件保护电路，包括隔离采样单元和稳压单元；稳压单元用于输入稳定电压至隔离采样单元；隔离采样单元输入端连接有差分采样输入单元；其隔离采样单元的输出端连接有滤波单元，滤波单元用于将隔离采样单元输出的pwm波滤波为模拟信号；
7.滤波单元连接有隔离单元，隔离单元用于进行电压的隔离；
8.隔离单元连接有一类电流保护单元和二类电流保护单元；一类电流保护单元和二类电流保护单元用于进行sic功率器件的过流保护；
9.一类电流保护单元输出端连接有二极管d1；二类电流保护单元输出端连接有二极管d2。
10.作为优选，还包括一次侧电源稳压单元和二次侧电源稳压单元；一次侧电压稳压单元和二次侧电源稳压单元均与隔离采样单元连接。
11.作为优选，一类电流保护单元包括比较器u2,比较器u2的正输入端输入电压vref2，并经电阻r6连接至比较器u2的输出端；比较器u2的正输入端连接有电阻r4和电容c7；电阻r4的另一端与隔离单元连接，电容c7的另一端接地。
12.作为优选，二类电流保护单元包括比较器u3,比较器u3的正输入端输入电压vref1，并经电阻r7连接至比较器u3的输出端；运算放大器u3的正输入端连接有电阻r5；电阻r5的另一端与隔离单元连接。
13.作为优选，隔离单元包括运算放大器u1，运算放大器u1的负输入端与运算放大器
u1的输出端连接，运算放大器u1的输出端与一类电流保护单元和二类电流保护单元连接；运算放大器u1的正输入端与滤波单元连接。
14.作为优选，滤波单元包括电阻r3和电容c6；电阻r3的一端与隔离采样单元连接，另一端与电容c6及隔离单元连接，电容c6的另一端接地。
15.作为优选，差分采样输入单元包括电阻r1、电阻r2和电容c3；电阻r1的一端与sic功率器件的d端连接，另一端与电容c3连接；电阻r2的一端与sic功率器件的s端连接，另一端与电容c3连接；电容c3两端与隔离采样单元的差分端连接。
16.作为优选，一次侧电源稳压单元包括相互并联的电容c1和电容c2；二次侧电源稳压单元包括相互并联的电容c4和电容c5。
17.作为优选，二极管d1和二极管d2均为肖特基二极管。
18.通过设有二极管d1和二极管d2单相导通作用，有效的防止比较器u2和比较器u3串扰；且肖特基二极管导通压降低。
19.本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
20.本实用新型设计的硬件保护电路在驱动芯片不含desat保护功能的情况下；针对每一个mosfet实现一类过流保护和二类过流保护；从而减低sic功率器件的损耗，提高sic功率器件的效率。
附图说明
21.图1是本实用新型的电路图；
22.图2是本实用新型的实施例1方案1电路图；
23.图3是本实用新型的实施例中方案2的电路图；
24.图4是本实用新型的一类过流保护和二类过流保护流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。
26.实施例1
27.在附图2中，采用的电流采样方案1，电阻采样无法检测桥臂短路，所以也无法对一类过流进行保护；
28.在附图3中，采用的电流采样方案2，电阻采样无法检测对地短路，所以也无法对一类过流进行保护。
29.实施例2
30.与实施例1所不同的是，本实施例基于附图1提供了基于sic功率器件的硬件保护电路，包括隔离采样单元和稳压单元；稳压单元用于输入稳定电压至隔离采样单元；隔离采样单元输入端连接有差分采样输入单元；其隔离采样单元的输出端连接有滤波单元，滤波单元用于将隔离采样单元输出的pwm波滤波为模拟信号；
31.滤波单元连接有隔离单元，隔离单元用于进行电压的隔离；
32.隔离单元连接有一类电流保护单元和二类电流保护单元；
33.一类电流保护单元输出端连接有二极管d1；二类电流保护单元输出端连接有二极管d2。
34.一类电流保护单元包括比较器u2,比较器u2的正输入端输入电压vref2，并经电阻r6连接至比较器u2的输出端；比较器u2的正输入端连接有电阻r4和电容c7；电阻r4的另一端与隔离单元连接，电容c7的另一端接地。
35.二类电流保护单元包括比较器u3,比较器u3的正输入端输入电压vref1，并经电阻r7连接至比较器u3的输出端；运算放大器u3的正输入端连接有电阻r5；电阻r5的另一端与隔离单元连接。
36.隔离单元包括运算放大器u1，运算放大器u1的负输入端与运算放大器u1的输出端连接，运算放大器u1的输出端与一类电流保护单元和二类电流保护单元连接；运算放大器u1的正输入端与滤波单元连接。
37.滤波单元包括电阻r3和电容c6；电阻r3的一端与隔离采样单元连接，另一端与电容c6及隔离单元连接，电容c6的另一端接地。
38.差分采样输入单元包括电阻r1、电阻r2和电容c3；电阻r1的一端与sic功率器件的d端连接，另一端与电容c3连接；电阻r2的一端与sic功率器件的s端连接，另一端与电容c3连接；电容c3两端与隔离采样单元的差分端连接。二极管d1和二极管d2均为肖特基二极管。
39.实施例3
40.在实施例2基础上，本实施例还包括一次侧电源稳压单元和二次侧电源稳压单元；一次侧电压稳压单元和二次侧电源稳压单元均与隔离采样单元连接。
41.一次侧电源稳压单元包括相互并联的电容c1和电容c2；二次侧电源稳压单元包括相互并联的电容c4和电容c5。
42.实施例4
43.在上述实施例基础上，通过附图4可知，一类过流保护：图2中q1 vds通过隔离电压采样芯片采样，根据采样电压不同输出不同占空比的pwm波，经过r3、c6滤波为模拟信号经过u1电压跟随器与vref1比较，根据sic mosfet rdson以及一类过流时电流值确定相应vds值，从而确定相应vref1的值，当检测到超过vref1时比较器u3输出信号翻转，从而拉低mosfet驱动芯片en引脚，关闭pwm波。
44.二类过流保护：图1中q1 vds通过隔离电压采样芯片采样，根据采样电压不同输出不同占空比的pwm波，经过电阻r3、电容c6滤波为模拟信号经过运算放大器u1；电压跟随器经过电阻r4给电容c7充电，当运算放大器u1出来的信号越大，充电到vref2值的时间也就越短，当检测到超过vre2时比较器u2输出信号翻转从而拉低mosfet驱动芯片en引脚，关闭pwm波，这样就实现了当过流电流越大相应二类过流保护时间越短的功能；从而实现了纯硬件的一类二类过流保护。其中，vref1为一类过流保护参考电压，vref2为二类过流保护参考电压，且vref2＜vref1。