一种碳化硅SiC功率器件的驱动装置及设备的制作方法

一种碳化硅sic功率器件的驱动装置及设备
技术领域
1.本发明涉及功率器件驱动的技术领域，尤其涉及一种碳化硅sic功率器件的驱动装置及设备。


背景技术：

2.目前，目前市面上全sic-mosfet模块对驱动电源电压的需求不同，开通电压15v～20v，关断电压-5v～-15v，包含多种正负电压的组合。以各厂家3300v电压等级全sic功率器件为例，三菱器件开关电压为：+17v/-5v；英飞凌器件开关电压为：+15v/-5v；日立器件开关电压为：+15v/-10v；abb器件开关电压为：+15v/-4v。由此可知，各厂家器件对关断电源负电压的要求不同，目前多数驱动芯片或电源模块仅能提供特定电源，驱动装置电源兼容性差。如何解决该问题，目前尚无有效解决方案。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例期望提供一种碳化硅sic功率器件的驱动装置及设备。
4.本发明实施例的技术实施例是这样实现的：
5.本发明实施例提供一种碳化硅sic功率器件的驱动装置，所述装置包括：电源电压转换电路和功率开关电路；所述电源电压转换电路与所述功率开关电路连接；
6.所述电源电压转换电路包括可调电阻、稳压器件和运算放大器件；所述稳压器件分别与所述可调电阻和所述运算放大器件连接；通过调节所述可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于提供不同的驱动电压；
7.所述功率开关电路包括开关管和sic功率器件；所述sic功率器件与所述开关管连接；所述功率开关电路，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管的导通或关断，基于所述开关管的导通或关断驱动所述sic功率器件导通或关断。
8.在上述方案中，所述开关管包括第一开关管和第二开关管；所述第一开关管的第一端与所述电源电压转换电路的输出正电压端连接；所述sic功率器件的第一端分别与所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第一端连接；所述第二开关管的第二端与所述电源电压转换电路的输出负电压端连接；所述第一开关管的第三端和所述第二开关管的第三端分别接收所述控制指令；
9.所述功率开关电路，还用于根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管的导通和所述第二开关管的关断，基于所述第一开关管的导通和所述第二开关管的关断驱动所述sic功率器件导通；以及根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管的关断和所述第二开关管的导通，基于所述第一开关管的关断和所述第二开关管的导通驱动所述sic功率器件关断。
10.在上述方案中，所述开关管还包括第三开关管；所述第三开关管的第一端与所述sic功率器件的第一端连接；所述第三开关管的第二端与所述电源电压转换电路的输出负
电压端连接；所述第三开关管的第三端接收所述控制指令；
11.所述功率开关电路，还用于根据所述控制指令控制所述第二开关管导通预设时间后，控制所述第三开关管导通，使所述sic功率器件的第一端连到所述电源电压转换电路的输出负电压端，防止所述sic功率器件的误开通。
12.在上述方案中，所述功率开关电路还包括第一驱动电阻和第二驱动电阻；所述第一驱动电阻的一端与所述第一开关管的第二端连接；所述第二驱动电阻的一端与所述第二开关管的第一端连接；所述第一驱动电阻的另一端与所述第二驱动电阻的另一端连接，形成第一连接点；所述第一连接点分别与所述sic功率器件的第一端和所述第三开关管的第一端连接；
13.所述功率开关电路，还用于根据所述控制指令确定开通控制信号，基于所述开通控制信号控制所述第一开关管的导通、所述第二开关管的关断和所述第三开关管的关断，以使所述sic功率器件的第一端通过所述第一驱动电阻连接到所述电源电压转换电路的输出正电压端，实现所述sic功率器件正常开通；以及根据所述控制指令确定关断控制信号，基于所述关断控制信号控制所述第二开关管的导通、所述第一开关管的关断和所述第三开关管的关断，以使所述sic功率器件的第一端通过所述第二驱动电阻连接到所述电源电压转换电路的输出负电压端，实现所述sic功率器件正常关断。
14.在上述方案中，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管均为金氧半场效mosfet开关管。
15.在上述方案中，所述sic功率器件为sic-mosfet器件。
16.在上述方案中，所述可调电阻包括第一可调电阻和第二可调电阻；所述第一可调电阻的一端分别与所述稳压器件的输入电压正端、所述运算放大器件的同相输入端和电源的正极连接；所述运算放大器件的反相输入端与所述运算放大器件的输出端连接；所述运算放大器件的输出端与地端连接；所述第二可调电阻的一端、所述稳压器件的输入电压负端、所述运算放大器件的负供电端均与电源的负极连接；所述第一可调电阻的另一端和所述第二可调电阻的另一端连接，形成第二连接点；所述第二连接点与所述稳压器件的电压参考端连接；所述电源电压转换电路的输出正电压端与电源的正极连接；
17.通过调节所述第一可调电阻的阻值和所述第二可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于输出不同的驱动正电压和驱动负电压。
18.在上述方案中，所述电源的正极与所述运算放大器件的同相输入端之间设置有第一电阻；所述电源的正极与所述运算放大器件的正供电端之间设置有第二电阻；所述运算放大器件的输出端与所述地端之间设置有第三电阻。
19.在上述方案中，所述电源的正极与所述电源的负极之间设置有第一电容；所述电源电压转换电路的输出负电压端与所述地端之间设置有第二电容；所述电源电压转换电路的输出正电压端与所述地端之间设置有相互并联的第三电容和第四电容。
20.本发明实施例还提供一种碳化硅sic功率器件的驱动设备，所述碳化硅sic功率器件的驱动设备包括上述任一所述电路。
21.本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置及设备，所述装置包括：电源电压转换电路和功率开关电路；所述电源电压转换电路与所述功率开关电路连接；所述电源电压转换电路包括可调电阻、稳压器件和运算放大器件；所述稳压器件分别与所述
可调电阻和所述运算放大器件连接；通过调节所述可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于提供不同的驱动电压；所述功率开关电路包括开关管和sic功率器件；所述sic功率器件与所述开关管连接；所述功率开关电路，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管的导通或关断，基于所述开关管的导通或关断驱动所述sic功率器件导通或关断；即通过调节电阻即可实现驱动电压的调整，避免因电源的不同导致电路板的重复设计降低了成本。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置的示意图；
23.图2为本发明实施例提供的又一种碳化硅sic功率器件的驱动装置的示意图；
24.图3为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置中功率开关电路的示意图；
25.图4为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置中电源电压转换电路的示意图；
26.图5为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置中开关管导通或关断信号的示意图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
28.本实施例提出一种碳化硅sic功率器件的驱动装置，图1为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置的示意图；图2为本发明实施例提供的又一种碳化硅sic功率器件的驱动装置的示意图；图3为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置中功率开关电路的示意图；图4为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置中电源电压转换电路的示意图；图5为本发明实施例提供的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置中开关管导通或关断信号的示意图；下面结合图1、图2、图3、图4和图5进行示例说明，所述装置10包括：电源电压转换电路101和功率开关电路102；所述电源电压转换电路101与所述功率开关电路102连接；
29.所述电源电压转换电路101包括可调电阻1011、稳压器件1012和运算放大器件1013；所述稳压器件1012分别与所述可调电阻1011和所述运算放大器件1013连接；通过调节所述可调电阻1011的阻值；所述电源电压转换电路101，用于提供不同的驱动电压；
30.所述功率开关电路102包括开关管1021和sic功率器件1022；所述sic功率器件1022与所述开关管1021连接；所述功率开关电路1022，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管1021的导通或关断，基于所述开关管1021的导通或关断驱动所述sic功率器件1022导通或关断。
31.需要说明的是，本实施例提出的一种碳化硅sic功率器件的驱动装置可以应用于碳化硅sic功率器件的驱动设备中，所述碳化硅sic功率器件的驱动设备可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。作为一种示例，所述碳化硅sic功率器件的驱动设备可以为应用
sic功率器件保护电路的设备。在实际应用中，所述sic功率器件保护电路可以为sic功率器件防串扰保护电路。
32.在本发明实施例中，所述电源电压转换电路101与所述功率开关电路102连接可以为所述电源电压转换电路101的输出正电压端和负电压端分别与所述功率开关电路102连接，即所述电源电压转换电路101为所述功率开关电路102提供工作所需的开通正负电压。在实际应用中，所述电源电压转换电路101也可以称为负电源电压转换电路。
33.本实施例中，所述电源电压转换电路101包括可调电阻1011、稳压器件1012和运算放大器件1013；其中，所述可调电阻1011包括至少一个可调电阻，所述可调电阻的阻值可以根据实际情况进行调；所述可调电阻的个数可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。在实际应用中，所述可调电阻1011可以包括两个可调电阻，作为一种示例，所述两个可调电阻可以记为r4、r5。
34.通过调节所述可调电阻1011的阻值；所述电源电压转换电路101，用于提供不同的驱动电压可以理解为在所述稳压器件1012的电流范围内通过调节所述可调电阻1011的阻值，使通过所述可调电阻1011的电流在满足所述稳压器件1012的电流范围内，通过所述运算放大器件1013输出不同的驱动电压。
35.为了方便理解，这里示例说明，所述可调电阻1011可以包括两个可调电阻，作为一种示例，所述两个可调电阻可以记为r4、r5；所述稳压器件1012可以记为稳压器件q；在实际应用中，所述运算放大器件1013芯片的同相输入端+in经电阻r1与电源正极(v+)相连，运放芯片的同相输入端+in还经可调电阻r4、可调电阻r5与电源负极(v-)相连，运放芯片的同相输入端+in还与稳压器件q的输入电压正端k相连，稳压器件q的输入电压负端a与电源负极(v-)相连，稳压器件q的电压参考端ref与可调电阻r4和可调电阻r5之间的连接节点相连；电源正极(v+)和电源负极(v-)之间连接有电容c1；运放芯片的反相输入端-in与运放芯片的输出端out相连；运放芯片的输出端out与电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端作为地端gnd。通过调节r4和r5可输出相对于“gnd”不同的正电压v+和负电压v-,为不同全sic功率器件提供所需的开通正负电压。其中，通过电阻r1的电流：1.2ma＜i
r1
＜2.8ma，通过电阻r4、r5的电流0.16ma＜i
r4,r5
＜0.3ma,通过稳压器q的电流iq＞0.6ma。
[0036][0037]
v+＝25v+v
‑ꢀꢀꢀ
(2)
[0038][0039][0040]iq
＝i
r1-i
r4,r5
ꢀꢀꢀ
(5)
[0041]
依据上述公式和电流要求，即可确定对应的电阻阻值，设计所需的电压，设计出满足sic功率器件的电源。
[0042]
所述功率开关电路102包括开关管1021和sic功率器件1022；其中，所述开关管1021的个数可以根据实际情况进行确定，在此不做限定，作为一种示例，所述开关管1021的
个数可以为2个或3个；例如，所述开关管1021的个数可以为2个的情况下，所述2个开关管可以记为qon、qoff；所述开关管1021的个数可以为3个的情况下，所述3个开关管可以记为qon、qoff、qoff1。在实际应用中，所述开关管可以为mosfet开关管。
[0043]
所述功率开关电路102，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管1021的导通或关断，基于所述开关管1021的导通或关断驱动所述sic功率器件1022导通或关断；其中，所述用户的控制指令可以为用户通过上位机发送的控制指令；所述控制指令至少包括所述开关管1021开通控制信号和/或关断控制信号的控制指令。
[0044]
本发明实施例，通过所述电源电压转换电路包括可调电阻、稳压器件和运算放大器件；所述稳压器件分别与所述可调电阻和所述运算放大器件连接；通过调节所述可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于提供不同的驱动电压；所述功率开关电路包括开关管和sic功率器件；所述sic功率器件与所述开关管连接；所述功率开关电路，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管的导通或关断，基于所述开关管的导通或关断驱动所述sic功率器件导通或关断；即通过调节电阻即可实现驱动电压的调整，避免因电源的不同导致电路板的重复设计降低了成本。
[0045]
在本发明的一种可选实施例中，所述开关管1021包括第一开关管10211和第二开关管10212；所述第一开关管10211的第一端与所述电源电压转换电路101的输出正电压端连接；所述sic功率器件1022的第一端分别与所述第一开关管10211的第二端和所述第二开关管10212的第一端连接；所述第二开关管10212的第二端与所述电源电压转换电路101的输出负电压端连接；所述第一开关管10211的第三端和所述第二开关管10212的第三端分别接收所述控制指令；
[0046]
所述功率开关电路102，还用于根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管10211的导通和所述第二开关管10212的关断，基于所述第一开关管10211的导通和所述第二开关管10212的关断驱动所述sic功率器件导通；以及根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管10211的关断和所述第二开关管10212的导通，基于所述第一开关管10211的关断和所述第二开关管10212的导通驱动所述sic功率器件1022关断。
[0047]
本实施例中，所述开关管1021包括第一开关管10211和第二开关管10212；所述第一开关管10211和所述第二开关管10212均可以为任意的开关管，在此不做限定，作为一种示例，所述第一开关管10211和所述第二开关管10212均可以为mosfet开关管；所述sic功率器件可以为sic-mosfet器件；在实际应用中，所述第一开关管10211可以记为qon，所述第二开关管10212可以记为qoff；所述第一开关管10211的第一端与所述电源电压转换电路101的输出正电压端连接可以为mosfet开关管qon的源极与所述电源电压转换电路101的输出正电压端连接；所述sic功率器件1022的第一端分别与所述第一开关管10211的第二端和所述第二开关管10212的第一端连接可以为所述sic-mosfet器件的栅极g分别与mosfet开关管qon的漏极和mosfet开关管qoff1的漏极连接；所述第二开关管10212的第二端与所述电源电压转换电路101的输出负电压端连接可以为mosfet开关管qoff1的源极与所述电源电压转换电路101的输出负电压端连接；所述第一开关管10211的第三端和所述第二开关管10212的第三端分别接收所述控制指令可以为所述mosfet开关管qon的栅极和mosfet开关管qoff1的栅极分别接收所述控制指令。
[0048]
根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管10211的导通和所述第二开关管10212的关断，基于所述第一开关管10211的导通和所述第二开关管10212的关断驱动所述sic功率器件导通可以为根据所述控制指令中的开通控制信号和所述驱动电压中的正驱动电压控制所述第一开关管10211的导通以及根据所述控制指令中的关断控制信号和所述驱动电压中的负驱动电压控制所述第二开关管10212的关断，进而驱动所述sic功率器件导通；在实际应用中，所述功率开关电路102可以简称为驱动板；当驱动板接收到开通控制信号pwm-qon，通过mosfet驱动器控制mosfet开关管qon打开，同时控制开关管qoff、关断，sic器件栅极g连接到所述电源电压转换电路101输出正电压端v+，正常开通；该过程可以理解为控制sic mosfet开通的过程。
[0049]
根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管10211的关断和所述第二开关管10212的导通，基于所述第一开关管10211的关断和所述第二开关管10212的导通驱动所述sic功率器件1022关断可以为根据所述控制指令中的关断控制信号和所述驱动电压中的正驱动电压控制所述第一开关管10211的关断以及根据所述控制指令中的导通控制信号和所述驱动电压中的负驱动电压控制所述第二开关管10212的导通，进而驱动所述sic功率器件关断；在实际应用中，所述功率开关电路102可以简称为驱动板；当驱动板接收到关断控制信号pwm-qoff，控制mosfet开关管qoff打开，同时控制开关管qon关断，sic器件栅极g连接到所述电源电压转换电路101的输出负电压端v-，正常关断；该过程可以理解为控制sic mosfet关断的过程。
[0050]
在本发明的一种可选实施例中，所述开关管1021还包括第三开关管10213；所述第三开关管10213的第一端与所述sic功率器件1022的第一端连接；所述第三开关管10213的第二端与所述电源电压转换电路101的输出负电压端连接；所述第三开关管10213的第三端接收所述控制指令；
[0051]
所述功率开关电路102，还用于根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第二开关管10212导通预设时间后，控制所述第三开关管10213导通，使所述sic功率器件1022的第一端连到所述电源电压转换电路101的输出负电压端，防止所述sic功率器件的误开通。
[0052]
本实施例中，上管sic mosfet和下管sic mosfet交替导通(上下管在开关切换的过程中留有15us左右死区时间，死区时间内上下管都处于关断状态)，实现电能的变换。以上管开通，下管关断为例说明防串扰设计工作原理。当上管开通时，母线电压都加在下管ds上，此时在下管产生很大的dv/dt，该dv/dt会通过下管sic mosfet米勒电容cgd向门极电容cgs充电，抬高gs间电压。由于sic器件的开通阈值电压2v左右，极易导致下管sic mosfet误导通，进而引发桥臂直通，器件发生短路损坏。为避免上述故障发生，本发明设计防串扰电路。
[0053]
所述开关管1021还包括第三开关管10213；其中，所述第三开关管10213可以为任意的开关管，在此不做限定，作为一种示例，所述第三开关管10213可以为mosfet开关管，所述第三开关管10213可以记为qoff1；所述第三开关管10213的第一端与所述sic功率器件1022的第一端连接可以为所述第三开关管10213的漏极与所述sic功率器件1022的栅极连接；所述第三开关管10213的第二端与所述电源电压转换电路101的输出负电压端连接可以为所述第三开关管10213的源极与所述电源电压转换电路101的输出负电压端连接；所述第三开关管10213的第三端接收所述控制指令可以为所述第三开关管10213的栅极接收所述
控制指令。
[0054]
所述功率开关电路102，还用于根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第二开关管10212导通预设时间后，控制所述第三开关管10213导通，使所述sic功率器件1022的第一端连到所述电源电压转换电路101的输出负电压端，防止所述sic功率器件的误开通。其中，所述预设时间可以根据实际情况进行确定，在此不做限定，作为一种示例，所述预设时间可以为5us。所述根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第二开关管10212导通预设时间后，控制所述第三开关管10213导通，使所述sic功率器件1022的第一端连到所述电源电压转换电路101的输出负电压端，防止所述sic功率器件的误开通可以为根据所述控制指令中的关断控制信号和所述驱动电压中的负驱动电压控制控制所述第二开关管10212导通预设时间后，驱动电路自动产生pwm-qoff1信号，控制所述第三开关管10213导通，使所述sic功率器件1022的栅极g通过qoff1直接连接到所述电源电压转换电路101的输出负电压端，形成足够低的阻抗，以防止所述sic功率器件的误开通。
[0055]
在实际应用中，当驱动板接收到开通控制信号pwm-qon，通过mosfet驱动器控制mosfet开关管qon打开，同时控制开关管qoff、qoff1关断，sic器件栅极g通过qon连接到电源v+，正常开通；当驱动板接收到关断控制信号pwm-qoff，控制mosfet开关管qoff打开，同时控制开关管qon、qoff1关断，sic器件栅极g通过qoff连接到电源v-，正常关断，在此过程中，驱动电路会同步计时接收到pwm-qoff的时间t，当t＝5us时，驱动电路自动产生pwm-qoff1信号，控制mosfet开关管qoff1打开，使栅极g通过qoff1直接连接到电源v-，形成足够低的阻抗。此时，上管sic mosfet开通产生的大dv/dt，通过米勒电容cgd产生的充电电流，会通过低阻抗回路qoff1流向电源v-，不会影响gs间电压，防止门极电容cgs被充电，抬高gs间电压，sic mosfet误开通。该过程可以结合图5进行理解。
[0056]
本实施例中，通过防串扰设计，克服了sic功率器件开启电压阈值低，开关速度快，易误开通的风险，实现了大功率sic功率器件的可靠驱动与保护。
[0057]
在本发明的一种可选实施例中，所述功率开关电路102还包括第一驱动电阻1023和第二驱动电阻1024；所述第一驱动电阻1023的一端与所述第一开关管10211的第二端连接；所述第二驱动电阻1024的一端与所述第二开关管10212的第一端连接；所述第一驱动电阻1023的另一端与所述第二驱动电阻1024的另一端连接，形成第一连接点；所述第一连接点分别与所述sic功率器件1022的第一端和所述第三开关管10213的第一端连接；
[0058]
所述功率开关电路102，还用于根据所述控制指令确定开通控制信号，基于所述开通控制信号控制所述第一开关管10211的导通、所述第二开关管10212的关断和所述第三开关管10213的关断，以使所述sic功率器件1022的第一端通过所述第一驱动电阻1023连接到所述电源电压转换电路101的输出正电压端，实现所述sic功率器件1022正常开通；以及根据所述控制指令确定关断控制信号，基于所述关断控制信号控制所述第二开关管10212的导通、所述第一开关管10211的关断和所述第三开关管10213的关断，以使所述sic功率器件1022的第一端通过所述第二驱动电阻1024连接到所述电源电压转换电路101的输出负电压端，实现所述sic功率器件正常关断。
[0059]
本实施例中，所述功率开关电路102还包括第一驱动电阻1023和第二驱动电阻1024；其中，第一驱动电阻1023和第二驱动电阻1024的阻值可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。在实际应用中，所述第一驱动电阻1023可以记为电阻rg2；所述第二驱动电阻
1024可以记为电阻rg1；所述第一驱动电阻1023的一端与所述第一开关管10211的第二端连接可以为所述第一驱动电阻1023的一端与所述第一开关管10211的漏极连接；所述第二驱动电阻1024的一端与所述第二开关管10212的第一端连接可以为所述第二驱动电阻1024的一端与所述第二开关管10212的漏极连接；所述第一驱动电阻1023的另一端与所述第二驱动电阻1024的另一端连接，形成第一连接点；所述第一连接点分别与所述sic功率器件1022的第一端和所述第三开关管10213的第一端连接可以理解为所述第一驱动电阻1023的另一端与所述第二驱动电阻1024的另一端连接，形成第一连接点；所述第一连接点分别与所述sic功率器件1022的栅极和所述第三开关管10213的漏极连接，可以结合图3进行理解。
[0060]
根据所述控制指令确定开通控制信号，基于所述开通控制信号控制所述第一开关管10211的导通、所述第二开关管10212的关断和所述第三开关管10213的关断，以使所述sic功率器件1022的第一端通过所述第一驱动电阻1023连接到所述电源电压转换电路101的输出正电压端，实现所述sic功率器件1022正常开通可以理解为根据所述控制指令确定开通控制信号pwm-qon，通过mosfet驱动器控制mosfet开关管qon打开，同时控制开关管qoff、qoff1关断，sic器件栅极g通过开通电阻rg2、qon连接到电源v+，正常开通。
[0061]
根据所述控制指令确定关断控制信号，基于所述关断控制信号控制所述第二开关管10212的导通、所述第一开关管10211的关断和所述第三开关管10213的关断，以使所述sic功率器件1022的第一端通过所述第二驱动电阻1024连接到所述电源电压转换电路101的输出负电压端，实现所述sic功率器件正常关断可以为根据所述控制指令确定关断控制信号pwm-qoff，控制mosfet开关管qoff打开，同时控制开关管qon、qoff1关断，sic器件栅极g通过关断电阻rg1、qoff连接到电源v-，正常关断；可以结合图2和图3进行理解。
[0062]
在本发明的一种可选实施例中，所述第一开关管10211、所述第二开关管10212和所述第三开关管10213均为金氧半场效mosfet开关管。
[0063]
在本发明的一种可选实施例中，所述sic功率器件1022为sic-mosfet器件。
[0064]
在实际应用中，功率开关电路102，包括mosfet开关管qon、qoff、qoff1，mosfet驱动器，驱动电阻rg1、rg2。mosfet开关管qon的漏极通过电阻rg1和电阻rg2与mosfet开关管qoff的漏极相连，电阻rg1和电阻rg2连接点与mosfet开关管qoff1的漏极相连，再连接到sic-mosfet的栅极g，mosfet开关管qoff、qoff1的源极连接电源v-，mosfet开关管qon的漏极连接电源v+；mosfet开关管qon、qoff、qoff1的栅极连接mosfet驱动器的输出端，mosfet驱动器输入端接收pwm控制信号和防串扰保护信号。具体工作原理：
[0065]
控制sic mosfet开通：当驱动板接收到开通控制信号pwm-qon，通过mosfet驱动器控制mosfet开关管qon打开，同时控制开关管qoff、qoff1关断，sic器件栅极g通过开通电阻rg2、qon连接到电源v+，正常开通；
[0066]
驱动sic功率器件正常开通
[0067]
控制sic mosfet关断：当驱动板接收到关断控制信号pwm-qoff，控制mosfet开关管qoff打开，同时控制开关管qon、qoff1关断，sic器件栅极g通过关断电阻rg1、qoff连接到电源v-，正常关断；
[0068]
防串扰误导通：变流装置中，sic mosfet工作于半桥拓扑中，如图1所示。上管sicmosfet和下管sic mosfet交替导通(上下管在开关切换的过程中留有15us左右死区时间，死区时间内上下管都处于关断状态)，实现电能的变换。以上管开通，下管关断为例说明
防串扰设计工作原理。当上管开通时，母线电压都加在下管ds上，此时在下管产生很大的dv/dt，该dv/dt会通过下管sic mosfet米勒电容cgd向门极电容cgs充电，抬高gs间电压。由于sic器件的开通阈值电压2v左右，极易导致下管sic mosfet误导通，进而引发桥臂直通，器件发生短路损坏。
[0069]
为避免上述故障发生，本发明设计防串扰电路，当驱动电路接收到上位机发出的关断控制信号pwm-qoff，按上述控制sic mosfet关断逻辑将sic器件正常关断，即sic器件栅极g通过关断电阻rg2、qoff连接到电源v-。在此过程中，驱动电路会同步计时接收到pwm-qoff的时间t，当t＝5us时，驱动电路自动产生pwm-qoff1信号，控制mosfet开关管qoff1打开，使栅极g通过qoff1直接连接到电源v-，形成足够低的阻抗。此时，上管sic mosfet开通产生的大dv/dt，通过米勒电容cgd产生的充电电流，会通过低阻抗回路qoff1流向电源v-，不会影响gs间电压，防止门极电容cgs被充电，抬高gs间电压，sic mosfet误开通。
[0070]
在本发明实施例中，通过简单的防串扰设计，克服了sic功率器件开启电压阈值低，开关速度快，易误开通的风险，实现了大功率sic功率器件的可靠驱动与保护。
[0071]
在本发明的一种可选实施例中，所述可调电阻1011包括第一可调电阻10111和第二可调电阻10112；所述第一可调电阻10111的一端分别与所述稳压器件1012的输入电压正端、所述运算放大器件1013的同相输入端和电源的正极连接；所述运算放大器件1013的反相输入端与所述运算放大器件1013的输出端连接；所述运算放大器件1013的输出端与地端连接；所述第二可调电阻10112的一端、所述稳压器件1012的输入电压负端、所述运算放大器件1013的负供电端均与电源的负极连接；所述第一可调电阻10111的另一端和所述第二可调电阻10112的另一端连接，形成第二连接点；所述第二连接点与所述稳压器件1012的电压参考端连接；所述电源电压转换电路101的输出正电压端与电源的正极连接；
[0072]
通过调节所述第一可调电阻的阻值10111和所述第二可调电阻10112的阻值；所述电源电压转换电路101，用于输出不同的驱动正电压和驱动负电压。
[0073]
本实施例中，所述可调电阻1011包括第一可调电阻10111和第二可调电阻10112；所述第一可调电阻10111和第二可调电阻10112的阻值均可以根据实际情况进行确定，在此不做限定；所述运算放大器件1013可以根据实际情况进行确定，在此不做限定，作为一种示例，所述运算放大器件1013可以为运放芯片。在实际应用中，所述第一可调电阻10111可以记为可调电阻r4；所述第二可调电阻10112可以记为可调电阻r5；所述运算放大器件1013可以记为u；所述稳压器件1012可以记为稳压器件q；所述稳压器件1012的输入电压正端可以记为k；所述运算放大器件1013的同相输入端可以记为+in；所述运算放大器件1013的反相输入端可以记为-in；所述运算放大器件1013的输出端可以记为out；所述稳压器件1012的输入电压负端可以记为a；具体的连接关系可以参照图4进行理解。
[0074]
在实际应用中，运放芯片的同相输入端+in与电源正极(v+)之间还设置有电阻，该电阻的具体位置可以结合图4进行理解，该电阻可以记为r1，运放芯片的同相输入端+in经电阻r1与电源正极(v+)相连，通过调节r4和r5可输出相对于“gnd”不同的正电压v+和负电压v-,为不同全sic功率器件提供所需的开通正负电压。其中，通过电阻r1的电流：1.2ma＜i
r1
＜2.8ma，通过电阻r4、r5的电流0.16ma＜i
r4,r5
＜0.3ma,通过稳压器q的电流iq＞0.6ma。可以根据前面公式(1)-(5)和电流要求，即可确定对应的电阻阻值，设计所需的电压，设计出满足sic功率器件的电源。
[0075]
本实施例中，通过调节电阻即可实现电源电压的调整，避免因电源的不同导致电路板的重复设计降低了成本。
[0076]
在本发明的一种可选实施例中，所述电源的正极与所述运算放大器件1013的同相输入端之间设置有第一电阻；所述电源的正极与所述运算放大器件1013的正供电端之间设置有第二电阻；所述运算放大器件1013的输出端与所述地端之间设置有第三电阻。
[0077]
本实施例中，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻的阻值均可以根据实际情况进行确定，在此不做限定。所述第一电阻可以记为r1；所述第二电阻可以记为r2；所述第三电阻可以记为r3。所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻的具体位置可以结合图1、图2、图4进行理解。
[0078]
在本发明的一种可选实施例中，所述电源的正极与所述电源的负极之间设置有第一电容；所述电源电压转换电路101的输出负电压端与所述地端之间设置有第二电容；所述电源电压转换电路101的输出正电压端与所述地端之间设置有相互并联的第三电容和第四电容。
[0079]
本实施例中，所述第一电容可以记为c1；所述第二电容可以记为c2；所述第三电容可以记为c3；所述第四电容可以记为c4；所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容、所述第四电容的具体位置可以结合图1、图2、图4进行理解。
[0080]
在实际应用中，所述电源电压转换电路101可以为负电源电压转换电路，包括稳压器件q、运放芯片u、电阻r1～r5、电容器c1～c4。运放芯片的同相输入端+in经电阻r1与电源正极(v+)相连，运放芯片的同相输入端+in还经可调电阻r4、可调电阻r5与电源负极(v-)相连，运放芯片的同相输入端+in还与稳压器件q的输入电压正端k相连，稳压器件q的输入电压负端a与电源负极(v-)相连，稳压器件q的电压参考端ref与可调电阻r4和可调电阻r5之间的连接节点相连；电源正极(v+)和电源负极(v-)之间连接有电容c1；运放芯片的反相输入端-in与运放芯片的输出端out相连；运放芯片的输出端out与电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端作为地端gnd；运放芯片的正供电端u+经电阻r2与隔离输入电源正极(25v)相连，运放芯片的负供电端u-与隔离电源负极(v-)相连；调压电路的相对于地端gnd的输出正电压端v+与电源正极(25v)相连，输出正电压端v+与地端gnd之间连接有相互并联的电容c3和电容c4，输出负电压端v-与地端gnd之间连接有电容c2。
[0081]
通过调节r4和r5可输出相对于“gnd”不同的正电压v+和负电压v-,为不同全sic功率器件提供所需的开通正负电压。其中，通过电阻r1的电流：1.2ma＜i
r1
＜2.8ma，通过电阻r4、r5的电流0.16ma＜i
r4,r5
＜0.3ma,通过稳压器q的电流iq＞0.6ma。
[0082]
依据前面公式(1)-(5)和电流要求，即可确定对应的电阻阻值，设计所需的电压，设计出满足sic功率器件的电源。
[0083]
本发明实施例中，通过调节电阻即可实现电源电压的调整，避免因电源的不同导致电路板的重复设计降低了成本。
[0084]
为了更好理解，这里将碳化硅sic功率器件的驱动装置示例为一种sic功率器件防串扰保护电路进行说明，可以结合图2进行说明，主要包括：负电源电压转换电路、功率开关电路。负电源电压转换电路生成第一驱动电压v+和第二驱动电压v-，所述第一驱动电压v+连接功率开关电路用于驱动所述sic功率器件导通，所述第二驱动电压v-连接功率开关电路用于驱动所述sic功率器件关断和防串扰保护。
[0085]
负电源电压转换电路，包括稳压器件q、运放芯片u、电阻r1～r5、电容器c1～c4。运放芯片的同相输入端+in经电阻r1与电源正极(v+)相连，运放芯片的同相输入端+in还经可调电阻r4、可调电阻r5与电源负极(v-)相连，运放芯片的同相输入端+in还与稳压器件q的输入电压正端k相连，稳压器件q的输入电压负端a与电源负极(v-)相连，稳压器件q的电压参考端ref与可调电阻r4和可调电阻r5之间的连接节点相连；电源正极(v+)和电源负极(v-)之间连接有电容c1；运放芯片的反相输入端-in与运放芯片的输出端out相连；运放芯片的输出端out与电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端作为地端gnd；运放芯片的正供电端u+经电阻r2与隔离输入电源正极(25v)相连，运放芯片的负供电端u-与隔离电源负极(v-)相连；调压电路的相对于地端gnd的输出正电压端v+与电源正极(25v)相连，输出正电压端v+与地端gnd之间连接有相互并联的电容c3和电容c4，输出负电压端v-与地端gnd之间连接有电容c2。
[0086]
通过调节r4和r5可输出相对于“gnd”不同的正电压v+和负电压v-,为不同全sic功率器件提供所需的开通正负电压。所述正电压v+用于驱动所述sic功率器件导通，所述负电压v-用于驱动所述sic功率器件关断和防串扰保护。
[0087]
功率开关电路，包括mosfet开关管qon、qoff、qoff1，mosfet驱动器，驱动电阻rg1、rg2。mosfet开关管qon的漏极通过电阻rg1和电阻rg2与mosfet开关管qoff的漏极相连，电阻rg1和电阻rg2连接点与mosfet开关管qoff1的漏极相连，再连接到sic-mosfet的栅极g，mosfet开关管qoff、qoff1的源极连接电源v-，mosfet开关管qon的源极连接电源v+；mosfet开关管qon、qoff、qoff1的栅极连接mosfet驱动器的输出端，mosfet驱动器输入端接收pwm控制信号和防串扰保护信号。
[0088]
工作时，当驱动板接收到开通控制信号，控制mosfet开关管qon打开，开关管qoff、qoff1关断，驱动sic功率器件正常开通；当驱动板接收到关断控制信号，控制mosfet开关管qoff打开，开关管qon、qoff1关断，驱动sic功率器件正常关断；当驱动电路接收到上位机发出的关断控制信号5us后，控制mosfet开关管qoff1打开，使栅极直接连到负电平v-，形成足够低的阻抗，可有效泄放来自米勒电容cgd的充电电流，防止误开通。
[0089]
在实际应用中，通过调节r4和r5可输出相对于“gnd”不同的正电压v+和负电压v-,为不同全sic功率器件提供所需的开通正负电压。其中，通过电阻r1的电流：1.2ma＜i
r1
＜2.8ma，通过电阻r4、r5的电流0.16ma＜i
r4,r5
＜0.3ma,通过稳压器q的电流iq＞0.6ma。
[0090]
依据上述公式(1)-(5)和电流要求，即可确定对应的电阻阻值，设计所需的电压，设计出满足sic功率器件的电源。
[0091]
具体工作原理：
[0092]
控制sic mosfet开通：当驱动板接收到开通控制信号pwm-qon，通过mosfet驱动器控制mosfet开关管qon打开，同时控制开关管qoff、qoff1关断，sic器件栅极g通过开通电阻rg2、qon连接到电源v+，正常开通；
[0093]
控制sic mosfet关断：当驱动板接收到关断控制信号pwm-qoff，控制mosfet开关管qoff打开，同时控制开关管qon、qoff1关断，sic器件栅极g通过关断电阻rg1、qoff连接到电源v-，正常关断；
[0094]
防串扰误导通：变流装置中，sic mosfet工作于半桥拓扑中，如图1所示。上管sicmosfet和下管sic mosfet交替导通(上下管在开关切换的过程中留有15us左右死区时
间，死区时间内上下管都处于关断状态)，实现电能的变换。以上管开通，下管关断为例说明防串扰设计工作原理。当上管开通时，母线电压都加在下管ds上，此时在下管产生很大的dv/dt，该dv/dt会通过下管sic mosfet米勒电容cgd向门极电容cgs充电，抬高gs间电压。由于sic器件的开通阈值电压2v左右，极易导致下管sic mosfet误导通，进而引发桥臂直通，器件发生短路损坏。
[0095]
为避免上述故障发生，本发明设计防串扰电路，当驱动电路接收到上位机发出的关断控制信号pwm-qoff，按上述控制sic mosfet关断逻辑将sic器件正常关断，即sic器件栅极g通过关断电阻rg1、qoff连接到电源v-。在此过程中，驱动电路会同步计时接收到pwm-qoff的时间t，当t＝5us时，驱动电路自动产生pwm-qoff1信号，控制mosfet开关管qoff1打开，使栅极g通过qoff1直接连接到电源v-，形成足够低的阻抗。此时，上管sic mosfet开通产生的大dv/dt，通过米勒电容cgd产生的充电电流，会通过低阻抗回路qoff1流向电源v-，不会影响gs间电压，防止门极电容cgs被充电，抬高gs间电压，sic mosfet误开通。
[0096]
在本发明实施例中，与现有技术相比，调节电阻即可实现电源电压的调整，避免因电源的不同导致电路板的重复设计降低了成本；同时，电路原理简单的防串扰设计，克服了sic功率器件开启电压阈值低，开关速度快，易误开通的风险，实现了大功率sic功率器件的可靠驱动与保护。
[0097]
本发明实施例还提供一种碳化硅sic功率器件的驱动设备，所述碳化硅sic功率器件的驱动设备包括上述任一所述电路。
[0098]
本实施例中，可以参考上述任一所述电路中的描述，在此不再赘述。
[0099]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种碳化硅sic功率器件的驱动装置，其特征在于，所述装置包括：电源电压转换电路和功率开关电路；所述电源电压转换电路与所述功率开关电路连接；所述电源电压转换电路包括可调电阻、稳压器件和运算放大器件；所述稳压器件分别与所述可调电阻和所述运算放大器件连接；通过调节所述可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于提供不同的驱动电压；所述功率开关电路包括开关管和sic功率器件；所述sic功率器件与所述开关管连接；所述功率开关电路，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管的导通或关断，基于所述开关管的导通或关断驱动所述sic功率器件导通或关断。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关管包括第一开关管和第二开关管；所述第一开关管的第一端与所述电源电压转换电路的输出正电压端连接；所述sic功率器件的第一端分别与所述第一开关管的第二端和所述第二开关管的第一端连接；所述第二开关管的第二端与所述电源电压转换电路的输出负电压端连接；所述第一开关管的第三端和所述第二开关管的第三端分别接收所述控制指令；所述功率开关电路，还用于根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管的导通和所述第二开关管的关断，基于所述第一开关管的导通和所述第二开关管的关断驱动所述sic功率器件导通；以及根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述第一开关管的关断和所述第二开关管的导通，基于所述第一开关管的关断和所述第二开关管的导通驱动所述sic功率器件关断。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关管还包括第三开关管；所述第三开关管的第一端与所述sic功率器件的第一端连接；所述第三开关管的第二端与所述电源电压转换电路的输出负电压端连接；所述第三开关管的第三端接收所述控制指令；所述功率开关电路，还用于根据所述控制指令控制所述第二开关管导通预设时间后，控制所述第三开关管导通，使所述sic功率器件的第一端连到所述电源电压转换电路的输出负电压端，防止所述sic功率器件的误开通。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述功率开关电路还包括第一驱动电阻和第二驱动电阻；所述第一驱动电阻的一端与所述第一开关管的第二端连接；所述第二驱动电阻的一端与所述第二开关管的第一端连接；所述第一驱动电阻的另一端与所述第二驱动电阻的另一端连接，形成第一连接点；所述第一连接点分别与所述sic功率器件的第一端和所述第三开关管的第一端连接；所述功率开关电路，还用于根据所述控制指令确定开通控制信号，基于所述开通控制信号控制所述第一开关管的导通、所述第二开关管的关断和所述第三开关管的关断，以使所述sic功率器件的第一端通过所述第一驱动电阻连接到所述电源电压转换电路的输出正电压端，实现所述sic功率器件正常开通；以及根据所述控制指令确定关断控制信号，基于所述关断控制信号控制所述第二开关管的导通、所述第一开关管的关断和所述第三开关管的关断，以使所述sic功率器件的第一端通过所述第二驱动电阻连接到所述电源电压转换电路的输出负电压端，实现所述sic功率器件正常关断。5.根据权利要求3所述的装置，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管均为金氧半场效mosfet开关管。6.根据权利要求1所述的装置，所述sic功率器件为sic-mosfet器件。
7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述可调电阻包括第一可调电阻和第二可调电阻；所述第一可调电阻的一端分别与所述稳压器件的输入电压正端、所述运算放大器件的同相输入端和电源的正极连接；所述运算放大器件的反相输入端与所述运算放大器件的输出端连接；所述运算放大器件的输出端与地端连接；所述第二可调电阻的一端、所述稳压器件的输入电压负端、所述运算放大器件的负供电端均与电源的负极连接；所述第一可调电阻的另一端和所述第二可调电阻的另一端连接，形成第二连接点；所述第二连接点与所述稳压器件的电压参考端连接；所述电源电压转换电路的输出正电压端与电源的正极连接；通过调节所述第一可调电阻的阻值和所述第二可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于输出不同的驱动正电压和驱动负电压。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电源的正极与所述运算放大器件的同相输入端之间设置有第一电阻；所述电源的正极与所述运算放大器件的正供电端之间设置有第二电阻；所述运算放大器件的输出端与所述地端之间设置有第三电阻。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电源的正极与所述电源的负极之间设置有第一电容；所述电源电压转换电路的输出负电压端与所述地端之间设置有第二电容；所述电源电压转换电路的输出正电压端与所述地端之间设置有相互并联的第三电容和第四电容。10.一种碳化硅sic功率器件的驱动设备，其特征在于，所述保护设备包括权利要求1-9任一项所述的装置。

技术总结
本发明实施例公开了一种碳化硅(SiC)功率器件的驱动装置及设备，所述装置包括：电源电压转换电路和功率开关电路；所述电源电压转换电路与所述功率开关电路连接；所述电源电压转换电路包括可调电阻、稳压器件和运算放大器件；所述稳压器件分别与所述可调电阻和所述运算放大器件连接；通过调节所述可调电阻的阻值；所述电源电压转换电路，用于提供不同的驱动电压；所述功率开关电路包括开关管和SiC功率器件；所述SiC功率器件与所述开关管连接；所述功率开关电路，用于接收用户的控制指令，根据所述控制指令和所述驱动电压控制所述开关管的导通或关断，基于所述开关管的导通或关断驱动所述SiC功率器件导通或关断。驱动所述SiC功率器件导通或关断。驱动所述SiC功率器件导通或关断。


技术研发人员：王亮亮 余华 王翠云 寇金华 陶良慧 刘建章 钟铭
受保护的技术使用者：中车永济电机有限公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2023/9/12