一种带短路保护的SICMOSFET驱动电路的制作方法

一种带短路保护的sic mosfet驱动电路
技术领域
1.本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种带短路保护的sicmosfet驱动电路。


背景技术：

2.随着燃料电池的电压平台越来越高，传统的650v mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管，metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)功率器件已经无法满足现有1200v电压等级的需求。而sic mosfet与相同功率等级的传统si mosfet相比具有更低的导通电阻和开关损耗，并且还具有宽禁带、耐高温等优点。因此，在1200v电压等级的条件下通常采用igbt(insulated gatebipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者sic mosfet作为开关器件。
3.然而，采用sic mosfet作为开关器件在实际的使用过程中还存在着可靠性问题，特别是对于sic mosfet开关器件的短路保护缺少相应方案。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带短路保护的sic mosfet驱动电路，提高sic mosfet驱动电路的可靠性。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种带短路保护的sic mosfet驱动电路，其特征在于，括sic mos管、放电电路、门电路、驱动电路和比较电路；
7.所述sic mos管的漏极与所述比较电路的正极输入端连接；所述sic mos 管的栅极与所述放电电路的输出端连接；所述sic mos管的源极接地；
8.所述门电路的第一输入端与所述比较电路的输出端连接，第二输入端用于输入控制信号；所述门电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接；
9.所述比较电路的负极输入端输入第一参考电压；
10.所述驱动电路的输出端与所述放电电路的输入端连接。
11.进一步地，所述放电电路包括第一二极管、第一电阻和第二电阻；
12.所述第一二极管的负极与所述驱动电路的输出端连接，正极与所述第二电阻的一端连接；
13.所述第二电阻的另一端与所述sic mos管的栅极连接；
14.所述第一电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，另一端与所述第二电阻的另一端连接。
15.进一步地，所述驱动电路包括第一三极管、第二三极管和第三电阻；
16.所述第三电阻的一端与所述门电路的输出端连接，另一端分别与所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极连接；
17.所述第一三极管的集电极与驱动正电源连接，发射极分别与所述第二三极管的发
射极和所述放电电路的输入端连接；
18.所述第二三极管的集电极与驱动负电源连接。
19.进一步地，还包括第四电阻和第一电容；
20.所述第四电阻的一端与所述sic mos管的栅极连接，另一端与所述sic mos 管的源极连接；
21.所述第一电容与所述第四电阻并联。
22.进一步地，所述比较电路包括比较器、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
23.所述比较器的输出端分别与所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端连接；所述第五电阻的另一端与所述门电路的输入端连接；所述第六电阻的另一端用于输入第二参考电压；
24.所述比较器的正极输入端分别与所述第七电阻的一端以及所述sic mos管的漏极连接；所述第七电阻的另一端与驱动正电源连接。
25.进一步地，还包括第八电阻和第二二极管；
26.所述第八电阻的一端与所述比较电路的正极输入端连接，另一端与所述第二二极管的正极连接；
27.所述第二二极管的负极与所述sic mos管的漏极连接。
28.进一步地，所述门电路为“与”门电路。
29.本实用新型的有益效果在于：通过比较电路检测sic mos管的漏极电压，并将检测到的信号与控制信号输入门电路形成控制sic mos管的电平信号，同时设置放电电路使得当控制信号电压大于栅极电压时，驱动电路能够向sicmos管充电，而当控制信号电压小于栅极电压时，sic mos管能够向驱动电路放电，从而能够在检测到sic mof管电压出现异常时，能够及时地关闭驱动信号，起到有效的保护作用。
附图说明
30.图1为本实用新型实施例中的一种带短路保护的sic mosfet驱动电路的连接示意图；
31.图2为本实用新型实施例中的一种带短路保护的sic mosfet驱动电路的时序控制示意图；
32.标号说明：
33.r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；r7、第七电阻；r8、第八电阻；c1、第一电容；d1、第一二极管；d2、第二二极管；u1、比较器；u2、门电路；q1、sic mos管； q2、第一三极管；q3、第二三极管。
具体实施方式
34.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
35.请参照图1，一种带短路保护的sic mosfet驱动电路，包括sic mos管、放电电路、门电路、驱动电路和比较电路；
36.所述sic mos管的漏极与所述比较电路的正极输入端连接；所述sic mos 管的栅
极与所述放电电路的输出端连接；所述sic mos管的源极接地；
37.所述门电路的第一输入端与所述比较电路的输出端连接，第二输入端用于输入控制信号；所述门电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接；
38.所述比较电路的负极输入端输入第一参考电压；
39.所述驱动电路的输出端与所述放电电路的输入端连接。
40.由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过比较电路检测sic mos 管的漏极电压，并与第一参考电压相比较得到比较结果，并将比较结果的信号与控制信号输入门电路形成控制sic mos管的电平信号，同时设置放电电路使得当控制信号电压大于栅极电压时，驱动电路能够向sic mos管充电，而当控制信号电压小于栅极电压时，sic mos管能够向驱动电路放电，从而能够在检测到sic mof管电压出现异常时，能够及时地关闭驱动信号，起到有效的保护作用。
41.进一步地，所述放电电路包括第一二极管、第一电阻和第二电阻；
42.所述第一二极管的负极与所述驱动电路的输出端连接，正极与所述第二电阻的一端连接；
43.所述第二电阻的另一端与所述sic mos管的栅极连接；
44.所述第一电阻的一端与所述第一二极管的负极连接，另一端与所述第二电阻的另一端连接。
45.由上述描述可知，通过设置第一二极管、第一电阻和第二电阻形成sic mos 管的驱动和放电电路，当驱动电路端的电压大于sic mos栅极电压时，通过第一电阻使驱动电路向sic mos管充电，当驱动电路端的电压小于sic mos管栅极电压时，通过第二电阻和第一二极管使sic mos管向驱动电路放电，并且能够通过第一电阻和第二电阻的阻值来改变sic mos管的开关速度。
46.进一步地，所述驱动电路包括第一三极管、第二三极管和第三电阻；
47.所述第三电阻的一端与所述门电路的输出端连接，另一端分别与所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极连接；
48.所述第一三极管的集电极与驱动正电源连接，发射极分别与所述第二三极管的发射极和所述放电电路的输入端连接；
49.所述第二三极管的集电极与驱动负电源连接。
50.由上述描述可知，通过第一三极管和第二三极管形成cmos电路，为驱动电路输出不同的高低电平控制信号，而第三电阻形成限流电阻，降低coms电路的功耗。
51.进一步地，还包括第四电阻和第一电容；
52.所述第四电阻的一端与所述sic mos管的栅极连接，另一端与所述sic mos 管的源极连接；
53.所述第一电容与所述第四电阻并联。
54.由上述描述可知，通过将第四电阻和第一电容并联在sic mos管的栅极和源极两端，使sic mos管的栅极和源极之间形成较稳定的电压差，同时能够对放电电路输入信号进行滤波。
55.进一步地，所述比较电路包括比较器、第五电阻、第六电阻和第七电阻；
56.所述比较器的输出端分别与所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端连接；所
述第五电阻的另一端与所述门电路的输入端连接；所述第六电阻的另一端用于输入第二参考电压；
57.所述比较器的正极输入端分别与所述第七电阻的一端以及所述sic mos管的漏极连接；所述第七电阻的另一端与驱动正电源连接。
58.由上述描述可知，通过设置比较器、第五电阻、第六电阻和第七电阻组成比较电路，且第五电阻起到限流作用、第六电阻为比较器输出端的上拉电阻以及第七电阻为比较器正极输入端的上拉电阻，从而使得比较器能够稳定的检测以及输出sic mos管漏极的电压信号。
59.进一步地，还包括第八电阻和第二二极管；
60.所述第八电阻的一端与所述比较电路的正极输入端连接，另一端与所述第二二极管的正极连接；
61.所述第二二极管的负极与所述sic mos管的漏极连接。
62.由上述描述可知，第八电阻和第二二极管构成箝位电路，起到箝位以及检测sic mos管漏极电压的变化。
63.进一步地，所述门电路为“与”门电路。
64.由上述描述可知，通过采用“与”门电路，从而只有当输入的检测信号和控制信号均为高电平时才输出高电平的信号至sic mos管的栅极。
65.实施例一
66.请参照图1，一种带短路保护的sic mosfet驱动电路，其特征在于，包括sic mos管q1、放电电路、门电路u2、驱动电路和比较电路；
67.所述sic mos管q1的漏极与所述比较电路的正极输入端连接；所述sic mos 管q1的栅极与所述放电电路的输出端连接；所述sic mos管q1的源极接地；所述门电路u2的第一输入端与所述比较电路的输出端连接，第二输入端用于输入控制信号；所述门电路u2的输出端与所述驱动电路的输入端连接；所述比较电路的负极输入端输入第一参考电压；所述驱动电路的输出端与所述放电电路的输入端连接；
68.具体的，所述比较电路包括比较器u1、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7；所述比较器u1的输出端分别与所述第五电阻r5的一端和所述第六电阻r6的一端连接；所述第五电阻r5的另一端与所述门电路u2的输入端连接；所述第六电阻r6的另一端用于输入第二参考电压；所述比较器u1的正极输入端分别与所述第七电阻r7的一端以及所述sic mos管q1的漏极连接；所述第七电阻r7的另一端与驱动正电源连接；
69.所述驱动电路包括第一三极管q2、第二三极管q3和第三电阻r3；所述第三电阻r3的一端与所述门电路u2的输出端连接，另一端分别与所述第一三极管q2的基极和所述第二三极管q3的基极连接；所述第一三极管q2的集电极与驱动正电源连接，发射极分别与所述第二三极管q3的发射极和所述放电电路的输入端连接；所述第二三极管q3的集电极与驱动负电源连接；所述第一三极管q2为npn三极管，所述第二三极管q3为pnp三极管；
70.其中，本实施例中所述第一参考电压的电压值为9v，驱动负电源的电压值为-4v，所述第二参考电压为5v，驱动正电源的电压为15v；当检测到所述sic mos 管q1漏极的电压低于9v时，判断所述sic mos管q1短路，所述比较器u1输出故障信号；并且根据不同的电路设置以及不同的sic mos管q1，能够适应性的调节所述第一参考电压、第二参考电压、驱动
正电源以及驱动负电源的电压值，使得电路对sicmos管q1起到最佳的检测以及控制作用。
71.实施例二
72.本实施例与实施例一的不同在于，具体限定了门电路以及放电电路的电路结构；
73.所述放电电路包括第一二极管d1、第一电阻r1和第二电阻r2；所述第一二极管d1的负极与所述驱动电路的输出端连接，即与所述第一三极管q2的发射极连接，正极与所述第二电阻r2的一端连接；所述第二电阻r2的另一端与所述sicmos管q1的栅极连接；所述第一电阻r1的一端与所述第一二极管d1的负极连接，另一端与所述第二电阻r2的另一端连接；所述门电路u2为“与”门电路；其中，所述门电路客根据具体的电路结构进行选择，如与非门等；
74.其中，所述sicmos管q1的源极和栅极之间还并联有第四电阻r4和第一电容c1；所述比较电路的正极输入端与所述sicmos管q1的漏极之间还串联有第八电阻r8和第二二极管d2；具体的，所述第八电阻r8的一端与所述比较电路的正极输入端连接，另一端与所述第二二极管d2的正极连接；所述第二二极管d2的负极与所述sicmos管q1的漏极连接；
75.设所述sicmos管q1漏极的电压为vd，所述比较器u1输出的信号为fault，所述控制信号为pwm-in，输出信号为pwm-out；即输入“与”门电路的信号为fault和pwm-in，输出为pwm-out；
76.请参照图2，fault信号随着vd的变化而变化，两者变化趋势相同但两者对应的变化量不一定相同；当fault信号与pwm-in信号都为高电平时，pwm-out信号也为高电平；当所述sicmos管q1短路即fault信号为低电平或pwm-in信号为低电平时，pwm-out信号为低电平；而低电平时将所述sicmos管q1关闭，从而起到保护mosfet开关器件的作用；
77.本说明书中一种带短路保护的sicmosfet驱动电路的工作原理为：当电路正常运行时，所述比较器u1接收到的电压信号大于所述第一参考电压，此时fault信号为高电平，所述门电路u2的输出电平受到pwn-in信号的控制；当出现短路时，所述比较器u1接收到的电压信号小于第一参考电压，此时fault信号为低电平，所述门电路u2的输出电平为低电平，即pwm-out信号为低电平，实现将mos管q1关闭。
78.综上所述，本实用新型提供的一种带短路保护的sicmosfet驱动电路，通过第八电阻和第二二极管构成箝位电路，将sicmos管的漏极电压的变化传递至比较电路，比较电路检测到sicmos管的漏极电压后，与第一参考电压相比较得到比较结果，并将比较结果的信号与控制信号输入“与”门电路中输出控制sicmos管的电平信号；同时通过第一二极管、第一电阻和第二电阻构成放电电路，使得当控制信号电压大于sicmos管栅极电压时，驱动电路能够向sicmos管充电，而当控制信号电压小于sicmos管栅极电压时，sicmos管能够向驱动电路放电，从而能够在检测到sicmof管电压出现异常时，能够及时地关闭驱动信号，起到有效的保护作用。
79.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。