一种碳化硅驱动电路

本发明涉及一种碳化硅驱动电路，属于电磁发射机、电力电子领域。

背景技术：

1、电磁探测方法技术是资源能源勘探的重要手段之一，中浅层电磁探测装备(≥10khz)尚不能满足我国找矿、地下空间探测等需求，亟需突破超音频探测技术。超音频发射机可以攻克高频软开关技术提高发射机输出效率，利用级联双全桥自举升压技术，保证千伏级输出电压，最大限度降低线缆感抗，突破长极距天线发射电流极限。高频化的超音频发射机可以攻克中浅层电磁探测装备(≥10khz)尚不能满足我国找矿、地下空间探测等需求。发射机二桥采用碳化硅功率模块，发射200k方波，接收机则负责接收并解析由矿层反射回来的信号，进而反演出地下矿层信息。

2、随着的宽禁带半导体材料的迅速发展，碳化硅作为其中的代表得到广泛应用。与si基材料相比，sic半导体材料优异性能使得sic基电力电子器件具有一下突出的优势：

3、1)具有更低的额定电压，无论是双极性还是单极性器件，sic基的电力电子器件的额定电均远高于其他材料。

4、2)具有更低的导通电阻，在1kv电压等级，sic器件的导通电阻是相同电压等级的1/60.

5、3)具有更高的开关频率，sic基电力电子器件的结电容更小，开关速度更快，开关损耗也更小。在中小功率应用场合，sic高开关频率可以显著减小电抗元件的体积，减小重量，提高系统的功率密度。

6、4)具有更好的热导效率。sic器件的极限工作结温可以达到600℃，远高于si基材料。同时sic的热导率是si的两倍以上，器件封装内部的热量能更容易的传导到外部。

7、在sic mosfet的应用中，由于开关速度快，开关瞬态的高di/dt和dv/dt会产生极大的emi(electromagnetic interference)问题。与si器件相比，sicz在材料、结构等发面有所不同器件特性上存在差异，因此不能沿用现有的si基功率器件的驱动电路来直接驱动sic功率模块。现有的驱动器存如igbt驱动器存在(1)开关频率小，一般最大值仅为20khz。(2)驱动电压范围大，一般为±15v，而碳化硅器件的负压值小，一般仅为-10v。(3)支持的控制信号高电平电压值单一，但多数仅支持5v、10v等单一电压。(4)驱动电流小，导致开通时间长。(5)如图2控制信号直接接入到驱动电路，当控制板距离驱动电路较远时，控制信号易收到电磁干扰。

技术实现思路

1、本发明的技术目的在于设计了一种碳化硅驱动电路，主要是针对目前的驱动电路都是控制信号直接连接到驱动电路，在控制信号与驱动电路将控制信号转换成差分信号。

2、本发明的技术方案为一种碳化硅驱动电路，在控制器与驱动电路之间加入差分板，将差分板的输出排线连接到驱动电路。控制信号实现将控制信号转换成差分信号。

3、进一步地，所述差分信号传输用两根紧密耦合的信号线，其中一根为正向信号，另一根为反向信号，通过比较两者的电压差来传输信息。差分信号适合长距离且电磁干扰严重的稳定传输，在电磁发射机进行信号传输。

4、进一步地，驱动电路由三部分构成，驱动电路的电源采用recom power的r12p21503d，具有高隔离电压和低隔离电容的+15/-3v的隔离非对称电源。差分芯片采用sn65c1168epwr，是一款集成度高的双通道rs-422/rs-485差分线路驱动器和接收器，能够在长距离传输中提供强大的噪声抑制能力，支持高达30mbps的数据传输速率，满足控制信号的传输。

5、进一步地，驱动芯片采用ucc21710-q1，用于驱动用于1700v的sic mosfet和igbt具有高级保护功能。

6、进一步地，差分板的电路元件包括：信号转换芯片sn65c1168epwr、led指示和rc滤波器。

7、驱动板包括：信号转换芯片sn65c1168e、驱动芯片ucc21710、电源芯片tps5405dr、驱动电源r12p21503d、高压肖特基二极管。

8、pwm控制信号首先经过一个1mhz的rc滤波器，信号转换芯片sn65c1168epwr通过15、16和9、10引脚将驱动板传递回来的差分信号准备rdy信号和flt信号转换成单端信号1和8并接入led等来显示当前电路的信息。同时pwm控制信号接入信号转换芯片sn65c1168epwr的2和7引脚形成差分信号后通过排线连接到驱动板。

9、驱动板接收到差分板传递来的pwm差分信号通过1mhz的滤波器后接入到驱动板的sn65c1168epwr芯片转换成单端信号。rdy信号和flt信号转换成差分信号。转化成单端信号的pwm-h与pwm-l连接到高侧驱动芯片ucc21710芯片的10和11引脚，低侧驱动芯片则分别接入11和10引脚形成互锁功能。高侧驱动芯片的oc功能2引脚通过高压二极管连接到hs-drain实现短路保护的功能，下管接入到ls-drain。

10、与现有技术相比较，本发明设计的驱动板具有如下优势：

11、1、可以根据碳化硅器件应用在不同的拓扑下，在程序里自由设计死区时间，并无死区的最小时间限制；由于碳化硅器件的开关速度快，如果设置一个最小的死区时间不利于发挥碳化硅器件。

12、2、理论的开关频率最高可达1mhz。

13、3、不同碳化硅模块的驱动电压不同，更换不同的电源即可实现驱动电压的变化。

技术特征：

1.一种碳化硅驱动电路，其特征在于，在控制器与驱动电路之间加入差分板，将差分板的输出排线连接到驱动电路；控制信号实现将控制信号转换成差分信号。

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅驱动电路，其特征在于，所述差分信号传输用两根紧密耦合的信号线，其中一根为正向信号，另一根为反向信号，通过比较两者的电压差来传输信息；差分信号适合长距离且电磁干扰严重的稳定传输，在电磁发射机进行信号传输。

3.根据权利要求1所述的一种碳化硅驱动电路，其特征在于，驱动电路由三部分构成，驱动电路的电源采用recom power的r12p21503d，具有高隔离电压和低隔离电容的+15/-3v的隔离非对称电源；差分芯片采用sn65c1168epwr，是一款集成度高的双通道rs-422/rs-485差分线路驱动器和接收器，能够在长距离传输中提供噪声抑制能力，支持高达30mbps的数据传输速率，满足控制信号的传输。

4.根据权利要求3所述的一种碳化硅驱动电路，其特征在于，驱动芯片采用ucc21710-q1，用于驱动用于1700v的sic mosfet和igbt具有高级保护功能。

5.根据权利要求3所述的一种碳化硅驱动电路，其特征在于，差分板的电路元件包括：信号转换芯片sn65c1168epwr、led指示和rc滤波器；

技术总结
本发明公开了一种碳化硅驱动电路，在控制器与驱动电路之间加入差分板，将差分板的输出排线连接到驱动电路。控制信号实现将控制信号转换成差分信号。所述差分信号传输用两根紧密耦合的信号线，其中一根为正向信号，另一根为反向信号，通过比较两者的电压差来传输信息。差分信号适合长距离且电磁干扰严重的稳定传输，在电磁发射机进行信号传输。与现有技术相比较，本发明根据碳化硅在程序里自由设计死区时间，并无死区的最小时间限制。不同碳化硅模块的驱动电压不同，更换不同的电源即可实现驱动电压的变化。过流短路保护阈值和消隐时间可配置。驱动板采用四层板设计，可直接连接碳化硅功率模块。

技术研发人员：王旭红,胡善超,于秀健,高俊侠,姚远,高瑞祥,赵伯恒
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28