一种应用于V2G车载变换器的SiCMOSFET驱动及保护自复位电路

一种应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路
技术领域
1.本实用新型属于v2g车载变换器技术领域，涉及一种应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路。


背景技术：

2.车载双向变换器如v2g车载双向变换器，具备新能源汽车与电网能量双向互动的功能，可实现新能源汽车参与电网调峰调频等辅助服务，随着高比例可再生能源接入电网，v2g车载变换器将面临高频、高压、大电流等更加复杂恶劣的工况，特别是在频繁能量双向流动的工况下v2g车载双向变换器输出电压与电流的鲁棒性较差，降低了功率驱动电路的稳定性，现有技术多数采用分离器件搭建驱动电路存在响应速度慢、系统不稳定造成功耗大和发热严重等问题；少数采用集成驱动电路存在过流保护无法自复位消除故障等问题，影响了v2g车载变换器的整体性能。
3.采用隔离的新型高速单通道sic mosfet过流保护门控驱动芯片，具备高共模干扰抑制和大驱动电流能力，特别适用于v2g车载变换器等中高压功率变换场合。主控pwm信号经过rc滤波电路输入至驱动芯片门极驱动信号输入端，经驱动芯片隔离后，门驱动器输出端上拉和下拉引脚分别接限流电路连接至mosfet的栅极；mosfet的漏极与源极间通过稳压二极管和限流电阻连接至门驱动器输出侧，通过隔离反馈在输入侧输出过流保护信号，并通过电压比较电路和延时电路构成保护自复位电路，以保障驱动电路安全稳定工作。
4.为了提升v2g车载变换器驱动电路的安全稳定性能，我们提出了一种应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路，本实用新型要解决的技术问题是：如何在sic专用驱动芯片的基础上，通过设计pwm输入滤波电路、高频大电流驱动电路、饱和电流过流检测电路、电源滤波电路及由电压比较器与延时电路构成的保护自复位电路，增强了sic驱动电路的鲁棒性和抗干扰能力，可以保证v2g车载变换器在高频、高压和复杂工况下具备稳定的工作条件，同时解决了传统sic驱动电路无饱和电流过流自复位功能的缺陷。
6.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：
7.本应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路，包括pwm输入滤波电路、驱动芯片u1、电源滤波电路、驱动电路、过流检测电路、mosfet功率开关管和保护自复位电路，所述pwm输入滤波电路与驱动芯片u1的10引脚连接，电源滤波电路与驱动芯片u1的5和8引脚连接，驱动电路与驱动芯片u1的1、3、4、5、6、7引脚连接，过流检测电路与驱动芯片u1的2引脚连接，且与驱动芯片u1的1引脚连接3引脚的串联引线连接，过流检测电路与驱动电路共用驱动芯片u1的3引脚连接，保护自复位电路与驱动芯片u1的13引脚和14引脚连接，
驱动电路及过流检测电路均与mosfet功率开关管的源极相连接。
8.本实用新型的工作原理，v2g车载变换器主控产生pwm信号经过rc滤波输入至驱动芯片，驱动芯片将pwm信号隔离放大后经过外围驱动电路输入至sic mosfet功率开关管完成能量控制，同时mosfet的漏极和源极间通过过流检测电路连接输入至驱动芯片实现过流保护，当存在过流故障时，驱动芯片产生低电平触发信号并被保护自复位电路检测，保护自复位电路经过延时产生高电平触发信号输入至驱动芯片的使能引脚，完成驱动电路保护自复位功能。
9.所述pwm输入滤波电路是由电阻r1和电容c1构成rc滤波电路，用于滤除pwm信号高频干扰杂波并输入至驱动芯片u1的10引脚，其中滤除的高频干扰杂波的频率可由电阻r1和电容c1的值决定。
10.所述驱动芯片u1型号为ucc21750dwr，驱动芯片u1经过隔离和信号放大，经驱动芯片u1的4引脚输出pwm高电平信号并串联限流电阻r3连接至mosfet功率开关管的栅极，驱动芯片u1的6引脚输出pwm低电平信号并串联限流电阻r2连接至mosfet功率开关管的栅极，二极管d1的阴极连接驱动芯片u1的5引脚，阳极连接驱动芯片u1的7引脚和mosfet功率开关管的栅极，二极管d1起加速开关管关断的功能，滤波电容c5、稳压管d2和下拉电阻r4并联于mosfet功率开关管的栅极和源极以及驱动芯片u1的3引脚和6引脚，其中稳压管d2起驱动电压稳压保护作用，下拉电阻r4具备防止误导通的功能，整个系统电路形成驱动电路。
11.采用以上电路结构，v2g车载双向变换器主控芯片产生的pwm信号经过pwm输入滤波电路后输入至驱动芯片u1，驱动芯片经过隔离和信号放大，经驱动芯片u1的4引脚输出pwm高电平信号并串联限流电阻r3连接至mosfet功率开关管的栅极，驱动芯片u1的6引脚输出pwm低电平信号并串联限流电阻r2连接至mosfet功率开关管的栅极，二极管d1的阴极连接驱动芯片u1的5引脚，阳极连接驱动芯片u1的7引脚和mosfet功率开关管的栅极，二极管d1起加速开关管关断的功能，滤波电容c5、稳压管d2和下拉电阻r4并联于mosfet功率开关管的栅极和源极以及驱动芯片u1的3引脚和6引脚，其中稳压管d2起驱动电压稳压保护作用，下拉电阻r4具备防止误导通的功能。
12.所述电源滤波电路由电容c3和c4分别连接至正电源和负电源及地组成，由于v2g车载变换器具备能量双向流动的功能，可进行不控整流，当不控整流电流过大超过mosfet的保护阈值时，浪涌电流经过mosfet的源极、稳压管d3、串联电阻r5、防电流反向流动二极管d4并返回dc 直流母线，此时串联电阻r5产生电压被驱动芯片u1的饱和电流保护输入2引脚所检测，并在驱动芯片u1的13引脚输出低电平产生过流保护，避免mosfet功率开关管损坏，整个系统电路形成过流检测电路。
13.所述保护自复位电路为电压比较电路和延时电路组成，电压比较器u2a的3引脚与驱动芯片u1的13引脚连接，当驱动芯片u1的13引脚因过流保护输出低电平时，电压比较器u2a的3引脚被拉为低电平信号，电压比较器u2a的2引脚经过电阻r7和电阻r8分压产生高电平，此时电压比较器u2a的1引脚产生低电平信号，与电压比较器u2a的1引脚连接的延时芯片u3的6引脚被拉低触发计时，可调节延时芯片u3的4引脚和5引脚并联电阻r10的阻值大小改变复位时间，当延时芯片u3达到相应延时时间后，其1引脚产生高电平，与其连接的pnp三极管截止关断，驱动芯片u1的14引脚连接在电阻r11和三级管q2之间，驱动芯片u1的14引脚使能引脚被电阻r11上拉为高电平，驱动芯片u1被使能，整个系统电路形成保护自复位电
路。
14.采用以上电路结构，当mosfet功率开关管流过饱和电流时，驱动芯片u1的13引脚输出低电平并内部失能起保护作用，但驱动芯片u1在故障消除后无法实现自复位功能。
15.与现有技术相比，本应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路具有以下优点：
16.本实用新型在sic专用驱动芯片的基础上，通过设计pwm输入滤波电路、高频大电流驱动电路、饱和电流过流检测电路、电源滤波电路及由电压比较器与延时电路构成的保护自复位电路，增强了sic驱动电路的鲁棒性和抗干扰能力，可以保证v2g车载变换器在高频、高压和复杂工况下具备稳定的工作条件，同时解决了传统sic驱动电路无饱和电流过流自复位功能的缺陷。
附图说明
17.图1是本实用新型的电路结构示意图；
18.图2是本实用新型的sic mosfet驱动电路及保护自复位电路原理图。
具体实施方式
19.请参阅图1-2，本实施例提供了一种应用于v2g车载变换器的sic mosfet驱动及保护自复位电路，包括pwm输入滤波电路、驱动芯片u1、电源滤波电路、驱动电路、过流检测电路、mosfet功率开关管和保护自复位电路，pwm输入滤波电路与驱动芯片u1的10引脚连接，电源滤波电路与驱动芯片u1的5和8引脚连接，驱动电路与驱动芯片u1的1、3、4、5、6、7引脚连接，过流检测电路与驱动芯片u1的2引脚连接，且与驱动芯片u1的1引脚连接3引脚的串联引线连接，过流检测电路与驱动电路共用驱动芯片u1的3引脚连接，保护自复位电路与驱动芯片u1的13引脚和14引脚连接，驱动电路及过流检测电路均与mosfet功率开关管的源极相连接；
20.v2g车载变换器主控产生pwm信号经过rc滤波输入至驱动芯片，驱动芯片将pwm信号隔离放大后经过外围驱动电路输入至sic mosfet功率开关管完成能量控制，同时mosfet的漏极和源极间通过过流检测电路连接输入至驱动芯片实现过流保护，当存在过流故障时，驱动芯片产生低电平触发信号并被保护自复位电路检测，保护自复位电路经过延时产生高电平触发信号输入至驱动芯片的使能引脚，完成驱动电路保护自复位功能。
21.pwm输入滤波电路是由电阻r1和电容c1构成rc滤波电路，用于滤除pwm信号高频干扰杂波并输入至驱动芯片u1的10引脚，其中滤除的高频干扰杂波的频率可由电阻r1和电容c1的值决定。
22.驱动芯片u1选择ti公司的ucc21750dwr，驱动芯片u1经过隔离和信号放大，经驱动芯片u1的4引脚输出pwm高电平信号并串联限流电阻r3连接至mosfet功率开关管的栅极，驱动芯片u1的6引脚输出pwm低电平信号并串联限流电阻r2连接至mosfet功率开关管的栅极，二极管d1的阴极连接驱动芯片u1的5引脚，阳极连接驱动芯片u1的7引脚和mosfet功率开关管的栅极，二极管d1起加速开关管关断的功能，滤波电容c5、稳压管d2和下拉电阻r4并联于mosfet功率开关管的栅极和源极以及驱动芯片u1的3引脚和6引脚，其中稳压管d2起驱动电压稳压保护作用，下拉电阻r4具备防止误导通的功能，整个系统电路形成驱动电路。
23.电源滤波电路由电容c3和c4分别连接至正电源和负电源及地组成，由于v2g车载变换器具备能量双向流动的功能，可进行不控整流，当不控整流电流过大超过mosfet的保护阈值时，浪涌电流经过mosfet的源极、稳压管d3、串联电阻r5、防电流反向流动二极管d4并返回dc 直流母线，此时串联电阻r5产生电压被驱动芯片u1的饱和电流保护输入2引脚所检测，并在驱动芯片u1的13引脚输出低电平产生过流保护，避免mosfet功率开关管损坏，整个系统电路形成过流检测电路。
24.保护自复位电路为电压比较电路和延时电路组成，当mosfet功率开关管流过饱和电流时，驱动芯片u1的13引脚输出低电平并内部失能起保护作用，但驱动芯片u1在故障消除后无法实现自复位功能，保护自复位电路为电压比较电路和延时电路组成，电压比较器u2a的3引脚与驱动芯片u1的13引脚连接，当驱动芯片u1的13引脚因过流保护输出低电平时，电压比较器u2a的3引脚被拉为低电平信号，电压比较器u2a的2引脚经过电阻r7和电阻r8分压产生高电平，此时电压比较器u2a的1引脚产生低电平信号，与电压比较器u2a的1引脚连接的延时芯片u3的6引脚被拉低触发计时，可调节延时芯片u3的4引脚和5引脚并联电阻r10的阻值大小改变复位时间，当延时芯片u3达到相应延时时间后，其1引脚产生高电平，与其连接的pnp三极管截止关断，驱动芯片u1的14引脚连接在电阻r11和三级管q2之间，驱动芯片u1的14引脚使能引脚被电阻r11上拉为高电平，驱动芯片u1被使能，整个系统电路形成保护自复位电路。
25.综上，本实用新型在sic专用驱动芯片的基础上，通过设计pwm输入滤波电路、高频大电流驱动电路、饱和电流过流检测电路、电源滤波电路及由电压比较器与延时电路构成的保护自复位电路，增强了sic驱动电路的鲁棒性和抗干扰能力，可以保证v2g车载变换器在高频、高压和复杂工况下具备稳定的工作条件，同时解决了传统sic驱动电路无饱和电流过流自复位功能的缺陷。
26.上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。