一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路的制作方法

專利名稱:一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種SiC?MOSFET的高速隔離驅動保護電路，包括高速CMOS數字隔離電路、高速驅動電路、柵源極過壓保護電路和負壓產生電路。高速CMOS數字隔離電路可以實現輸入端和驅動電路的嚴格電位隔離，并能保證驅動的快速性；高速驅動電路可提供強大的驅動電流；柵源極過壓保護電路可以防止柵源極出現過電壓；負壓產生電路給柵源極間提供一個負電壓，使SiC?MOSFET可靠關斷。本實用新型可用在高頻電路中快速驅動SiC?MOSFET，兼具快速性、隔離性，以及可靠的保護功能。
【專利說明】
一種S i C-MOSFET的高速隔離驅動保護電路
技術領域
[0001 ] 本實用新型涉及MOSFET驅動電路，尤其是涉及一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術朝著高頻、大功率方向發展，以Si材料為主的電力電子器件越來越難滿足要求;寬禁帶半導體器件憑借其突出的性能優勢成為了電力電子器件的研究熱點，并逐漸應用于工業生產中。其中SiC-MOSFET作為單極性電壓控制型器件，開關速度快、耐壓等級高、具有良好的熱穩定性，可在高溫、高輻射等惡劣環境下可靠工作。但是SiC-MOSFET柵極閾值電壓較小，容易受到電路干擾產生誤開通;為提高可靠性，要求SiC-MOSFET采用負壓關斷，驅動電路要設計成隔離驅動電路;為了保證SiC-MOSFET開關速度的快速性，要求驅動電路提供足夠大的驅動電流;為防止SiC-MOSFET柵極氧化層擊穿，柵源電壓不能超過允許值。
[0003]由于Si器件和SiC器件物理特性的差異，以及SiC-MOSFET對驅動電路隔離性能、快速性能、驅動能力的嚴苛要求，基于Si器件設計的驅動電路均無法滿足SiC-MOSFET的驅動要求。需設計一款具有良好隔離能力、柵源極保護能力的高速SiC-MOSFET驅動電路。

【發明內容】

[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種適用于SiC-MOSFET的高速隔離驅動電路，并具有柵源極過壓保護和負壓關斷能力。
[0005]本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，其特征在于包括高速CMOS數字隔離電路、高速驅動電路、柵源極過壓保護電路和負壓產生電路，輸入信號與所述高速CMOS數字隔離電路連接，所述高速CMOS數字隔離電路與高速驅動電路連接，所述高速驅動電路與SiC-MOSFET柵極連接，所述柵源極過壓保護電路與SiC-MOSFET柵源極連接，所述負壓產生電路與SiC-MOSFET源極連接。
[0006]所述的高速CMOS數字隔離電路包括高速CMOS數字隔離芯片Si8710、第一電阻、第一電容和第二電容;輸入信號與所述隔離芯片第一、第三引腳連接;所述第一電阻一端和隔離芯片第六引腳連接，第一電阻另一端和第五引腳連接;所述第一電容一端和隔離芯片第五引腳連接，第一電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述第二電容一端和隔離芯片第六引腳連接，第二電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述隔離芯片第二引腳不連接，第四引腳接地，第六引腳連接電源。
[0007]所述的高速驅動電路包括超高速驅動芯片IXDN609、第三電容、第四電容、第五電容;所述第三電容一端和驅動芯片第一引腳連接，第三電容另一端接地;所述第四電容一端和驅動芯片第四引腳連接，第四電容另一端接地;所述第五電容一端和驅動芯片第五引腳連接，第五電容另一端接地;所述驅動芯片第二引腳與隔離芯片第五引腳連接;所述驅動芯片第三引腳不連接，第六和第七引腳與SiC-MOSFET柵極連接，第八引腳連接電源。
[0008]所述的柵源極過壓保護電路包括第一穩壓管1N4732A和第二穩壓管1N4749A，所述第一穩壓管正極與SiC-MOSFET柵極連接，第一穩壓管負極和第二穩壓管負極連接;所述第二穩壓管正極和SiC-MOSFET源極連接。
[0009]所述的負壓產生電路包括第二電阻和第三電阻，所述第二電阻和第三電阻串聯，串聯公共端與SiC-MOSFET源極連接;所述第二電阻另一端與電源連接;所述第三電阻另一端接地。
[0010]與現有技術相比，本實用新型的優點是采用高速CMOS數字隔離芯片，有極強的隔離能力且傳播延時僅為30ns，保證了驅動電路的快速性;采用超高速驅動芯片信號上升時間僅為26ns，可以為SiC-MOSFET提供高達9A的最大驅動電流，對SiC-MOSFET輸入電容進行快速充電，加快開通速度;采用電阻分壓為柵源極提供關斷負電壓，降低了供電電源的成本;采用穩壓管防止柵源極過壓，保證驅動電路的可靠性。
【附圖說明】

[0011]圖1為本實用新型的驅動電路結構框圖。
[0012]圖2為本實用新型的驅動電路原理圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0014]參照圖1，一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，包括高速CMOS數字隔離電路
1、高速驅動電路2、柵源極過壓保護電路3和負壓產生電路4，輸入信號與高速CMOS數字隔離電路I連接，高速CMOS數字隔離電路I與高速驅動電路2連接，高速驅動電路2與SiC-MOSFET柵極連接，柵源極過壓保護電路3與SiC-MOSFET柵源極連接，負壓產生電路4與SiC-MOSFET源極連接。
[0015]參照圖2，高速CMOS數字隔離電路I包括高速CMOS數字隔離芯片Ul(Si8710)、第一電阻R1、第一電容Cl和第二電容C2;輸入信號與隔離芯片Ul第一、第三引腳連接;第一電阻Rl—端和隔離芯片Ul第六引腳連接，第一電阻Rl另一端和隔離芯片Ul第五引腳連接;第一電容Cl 一端和隔離芯片Ul第五引腳連接，第一電容Cl另一端和隔離芯片Ul第四引腳連接；第二電容C2—端和隔離芯片Ul第六引腳連接，第二電容C2另一端和隔離芯片Ul第四引腳連接;隔離芯片Ul第二引腳不連接，第四引腳接地GND，第六引腳連接電源VCC。
[0016]高速驅動電路2包括超高速驅動芯片U2(IXDN609)、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5;第三電容C3—端和驅動芯片U2第一引腳連接，第三電容C3另一端接地GND;第四電容C4 一端和驅動芯片U2第四引腳連接，第四電容C4另一端接地GND;第五電容C5—端和驅動芯片U2第五引腳連接，第五電容C5另一端接地GND;驅動芯片U2第二引腳與隔離芯片Ul第五引腳連接;驅動芯片U2第三引腳不連接，第六和第七引腳與SiC-MOSFET柵極G連接，第八引腳連接電源VCC。
[0017]柵源極過壓保護電路3包括第一穩壓管DU1N4732A)和第二穩壓管D2(1N4749A)，第一穩壓管Dl正極與SiC-MOSFET柵極G連接，第一穩壓管Dl負極和第二穩壓管D2負極連接；第二穩壓管D2正極和SiC-MOSFET源極S連接。
[0018]負壓產生電路4包括第二電阻R2和第三電阻R3，第二電阻R2和第三電阻R3串聯，串聯公共端與SiC-MOSFET源極S連接;第二電阻R2另一端與電源VCC連接，第三電阻R3另一端接地GND。
[0019]本實用新型的工作原理:驅動輸入信號經高速CMOS數字隔離芯片Ul和超高速驅動芯片U2，傳輸到SiC-MOSFET柵極G，由于高速CMOS數字隔離芯片Ul傳播延時僅為30ns，超高速驅動芯片U2的信號上升時間僅為26ns保證了信號傳輸的快速性，為SiC-MOSFET工作在更高頻率提供了保障。超高速驅動芯片U2可提供高達9A的最大驅動電流，可對SiC-MOSFET輸入電容進行快速充電，提高了SiC-MOSFET的開通速度。
[0020]當驅動輸入信號為低電平時，SiC-MOSFET柵極G的電平為零；電源VCC為24V，經第二電阻R2和第三電阻R3分壓后，在SiC-MOSFET源極S產生的電平為4V，則柵源極間電壓為-4V，該負電壓可使SiC-MOSFET可靠關斷，避免器件誤開通。當驅動輸入信號為高電平時，SiC-MOSFET柵極G的電平為24V，SiC-MOSFET源極S的電平仍為4V，則柵源極間電壓為20V，Si C-MOSFET迅速開通。
[0021]第一穩壓管Dl和第二穩壓管D2反向串聯接在柵源極兩端，第一穩壓管Dl穩壓值為4.7V，第二穩壓管D2穩壓值為SMJiC-MOSFET柵源極間安全電壓范圍為-5V~25V，當SiC-MOSFET柵源極間電壓超過24V時，第一穩壓管Dl正向導通，第二穩壓管D2起穩壓作用，將柵源極間電壓維持在24V;當SiC-MOSFET柵源極間電壓低于-4.7V時，第二穩壓管D2正向導通，第一穩壓管Dl起穩壓作用，將柵源極間電壓維持在-4.7V。該保護電路可以可靠地將SiC-MOSFET柵源極間電壓維持在安全電壓范圍內。
【主權項】
1.一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，其特征在于包括高速CMOS數字隔離電路、高速驅動電路、柵源極過壓保護電路和負壓產生電路，輸入信號與所述高速CMOS數字隔離電路連接，所述高速CMOS數字隔離電路與高速驅動電路連接，所述高速驅動電路與SiC-MOSFET柵極連接，所述柵源極過壓保護電路與SiC-MOSFET柵源極連接，所述負壓產生電路與SiC-MOSFET源極連接。2.根據權利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，其特征在于所述的高速CMOS數字隔離電路包括高速CMOS數字隔離芯片Si8710、第一電阻、第一電容和第二電容;輸入信號與隔離芯片第一、第三引腳連接;所述第一電阻一端和隔離芯片第六引腳連接，第一電阻另一端和隔離芯片第五引腳連接;所述第一電容一端和隔離芯片第五引腳連接，第一電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述第二電容一端和隔離芯片第六引腳連接，第二電容另一端和隔離芯片第四引腳連接;所述隔離芯片第二引腳不連接，第四引腳接地，第六引腳連接電源。3.根據權利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，其特征在于所述的高速驅動電路包括超高速驅動芯片IXDN609、第三電容、第四電容、第五電容;所述第三電容一端和驅動芯片第一引腳連接，第三電容另一端接地;所述第四電容一端和驅動芯片第四引腳連接，第四電容另一端接地;所述第五電容一端和驅動芯片第五引腳連接，第五電容另一端接地;所述驅動芯片第二引腳與隔離芯片第五引腳連接;所述驅動芯片第三引腳不連接，第六和第七引腳與SiC-MOSFET柵極連接，第八引腳連接電源。4.根據權利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，其特征在于所述的柵源極過壓保護電路包括第一穩壓管1N4732A和第二穩壓管1N4749A，所述第一穩壓管正極與SiC-MOSFET柵極連接，第一穩壓管負極和第二穩壓管負極連接;所述第二穩壓管正極和SiC-MOSFET源極連接。5.根據權利要求1所述的一種SiC-MOSFET的高速隔離驅動保護電路，其特征在于所述的負壓產生電路包括第二電阻和第三電阻，所述第二電阻和第三電阻串聯，串聯公共端與SiC-MOSFET源極連接;所述第二電阻另一端與電源連接;所述第三電阻另一端接地。
【文檔編號】H03K17/08GK205725693SQ201620319583
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】鄭遵宇, 楊蘇, 王飛, 石聰聰, 朱玉振, 李紹武, 梁琨
【申請人】中國礦業大學