一种混合开关的变驱动控制方法及电路与流程

allin2025-11-02  18


本发明涉及混合开关控制方法,尤其涉及一种混合开关的变驱动控制方法及电路。


背景技术:

1、宽禁带半导体器件如sic-mosfet和gan,以其耐高温、高频率、低损耗的优势,提升了电力电子设备的功率密度和效率,却因成本高而限制了广泛应用。相比之下,传统硅基开关管如si-igbt和si-mosfet,因成本低廉仍是工业主流,但损耗较大。混合使用这两种器件的sic/si hys混合开关,自2014年由alex q.huang团队提出后,因其能降低成本并提升性能而受到关注。然而,sic/si hys需要特殊驱动模式以减少损耗,并面临栅极电压和寄生电容引起的挑战。传统驱动电路设计复杂,需双路pwm信号和双路正负电源输出,增加了pcb设计的复杂性和成本,成为应用瓶颈。

2、现有的sic/si hys门极驱动在对sic-mosfet和si-igbt采用不同驱动电压控制时需要2路驱动信号和2个驱动器分别控制sic-mosfet和si-igbt,电路结构及控制复杂度高,工作效率低下。


技术实现思路

1、本发明提供了一种混合开关的变驱动控制方法及电路,以提高双模式驱动器的工作效率。

2、第一方面,本技术提供了一种混合开关的变驱动控制方法,适用于变驱动控制电路;其中,所述变驱动控制电路包括:驱动器、sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路;

3、所述变驱动控制方法包括:

4、驱动器根据接收到的控制信号,控制所述sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路通断,以控制所述变驱动控制电路进行第一工作模式和第二工作模式之间的切换;

5、其中,所述第一工作模式为:在si-igbt驱动电路开通后,开通sic-mosfet驱动电路,且在si-igbt驱动电路关断后,关断sic-mosfet驱动电路;

6、所述第二工作模式为:在sic-mosfet驱动电路开通后,开通si-igbt驱动电路,且在si-igbt驱动电路关断后,关断sic-mosfet驱动电路。

7、本技术的混合开关变驱动控制方法通过控制sic-mosfet驱动电路和si-igbt驱动电路,通过驱动器输出的高低电平信号控制两个开关的开断,自动化的实现了两种工作模式的灵活切换,第一模式优先激活si-igbt驱动电路后激活sic-mosfet驱动电路,第二模式则相反,优先激活sic-mosfet驱动电路后激活si-igbt驱动电路。这种自动化的控制策略旨在减少开关损耗,以提高双模式驱动器的工作效率。

8、作为第一方面的一个优选实施例,所述变驱动控制电路包括:驱动器、sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路,具体为:

9、所述驱动器的输入端连接sic-mosfet驱动电路的输入端,sic-mosfet驱动电路的输出端连接si-igbt驱动电路的输入端以及驱动器的输出端,si-igbt驱动电路的输出端连接到驱动器的输出端。

10、此优选实施例中,本技术的变驱动控制电路的设计通过将驱动器、sic-mosfet驱动电路和si-igbt驱动电路相连,实现了控制信号的有序传递和处理,确保了sic-mosfet和si-igbt能够根据驱动器输出的控制信号精确地协同工作,从而提高了整个电路的响应速度和控制效率。

11、作为第一方面的一个优选实施例,所述sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路,还包括:

12、所述sic-mosfet驱动电路中的第一电阻与第一电容串联形成第一延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的关断延迟;

13、所述sic-mosfet驱动电路中的第二电阻与第二电容串联形成第二延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的开通延迟;

14、其中,第一延迟电路的输入与第二延迟电路的输入相连,第一延迟电路的输出与第二延迟电路的输出相连,第二延迟电路的输入sic-mosfet晶体管的栅极相连,第二延迟电路的输出与sic-mosfet晶体管的源极相连;

15、所述si-igbt驱动电路中的第三电阻与第三电容串联形成第三延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的开通和关断延迟;

16、其中,第三延迟电路的输入与si-igbt晶体管的栅极相连,第三延迟电路的输出与si-igbt晶体管的源极相连;

17、所述sic-mosfet驱动电路中包含第一开关,所述第一开关与第二电阻并联;

18、所述si-igbt驱动电路中包含第二开关,所述第二开关与第三电阻并联。

19、此优选实施例中,本技术的sic-mosfet驱动电路和si-igbt驱动电路通过配置的电阻和电容串联形成的延迟电路,实现了对sic-mosfet管和si-igbt管开关动作的时间控制。sic-mosfet驱动电路具备独立的开通和关断延迟控制,由第一和第二延迟电路分别提供,且通过第一开关的并联设置可绕过第二电阻,从而调节开通延迟。同样,si-igbt驱动电路通过第三延迟电路控制其开关延迟,并通过第二开关的并联设置可绕过第三电阻,优化驱动响应。这种配置提高了驱动电路的灵活性和控制精度,有助于降低开关损耗并提升电路运行效率。

20、作为第一方面的一个优选实施例,所述第一开关和第二开关由互补信号驱动,不会同时开通,也不会同时关断。

21、具体为:当驱动电压输出高电平的时候,第一开关断开,第二开关导通;

22、当驱动电压输出低电平的时候,第一开关导通,第二开关断开。

23、此优选实施例中,本技术的第一开关和第二开关的互补驱动设计确保了它们不会同时处于导通或关断状态,提供了一种互锁机制:在驱动电压为高电平时,第一开关断开而第二开关导通;相反,当驱动电压为低电平时,第一开关导通而第二开关断开。这种控制策略不仅避免了可能的电路冲突,还实现了精确的时序控制,优化了开关器件的操作顺序,从而提高了电路的稳定性和效率。

24、作为第一方面的一个优选实施例,所述sic-mosfet驱动电路中的第一电阻与第一电容串联形成第一延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的关断延迟,具体为:

25、第一延迟电路在每个关断周期都存在关断延迟,延迟时间可由公式表示,其中vcc和vee分别为驱动器电源正电压和负电压,vth1为第一开关管的门槛电压;

26、时间常数τ1可表示为式中,cd1表示第一电容,cgsd1表示第一开关管栅极与源极之间的电容。

27、作为第一方面的一个优选实施例,所述sic-mosfet驱动电路中的第二电阻与第二电容串联形成第二延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的开通延迟,和所述sic-mosfet驱动电路中包含第一开关,所述第一开关与第二电阻并联;具体为:

28、当第一开关断开时,电流流向第二电阻,第二延迟电路控制sic-mosfet驱动电路的开通延迟,第一延迟电路用于控制sic-mosfet驱动电路的关断延迟。

29、此优选实施例中,本技术的sic-mosfet驱动电路的设计通过第二电阻和第二电容串联构成的第二延迟电路,控制了sic-mosfet的开通延迟,而第一开关与第二电阻并联,提供了控制手段:当第一开关断开时,电流流经第二电阻,激活第二延迟电路,实现对sic-mosfet的开通延迟控制,与此同时,第一延迟电路负责控制关断延迟,这样的配置允许独立调节sic-mosfet的开关时序,优化器件的开关性能,降低损耗。

30、作为第一方面的一个优选实施例,所述si-igbt驱动电路中的第三电阻与第三电容串联形成第三延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的开通和关断延迟,和所述si-igbt驱动电路中包含第二开关,所述第二开关与第三电阻并联,具体为:

31、当第二开关断开时,电流流向第三电阻,第三延迟电路控制si-igbt驱动电路的开通与关断延迟。

32、此优选实施例中,本技术的si-igbt驱动电路的设计包含第三电阻与第三电容串联构成的第三延迟电路,负责控制si-igbt的开通和关断延迟,以及一个与第三电阻并联的第二开关;当第二开关断开时,电流将流经第三电阻,激活第三延迟电路,从而调节si-igbt的开关时序,实现自动的驱动控制,优化开关性能并降低损耗。

33、作为第一方面的一个优选实施例,sic mosfet驱动电路和si-igbt驱动电路还包括:

34、在sic mosfet驱动电路中有一个低压n沟道第一开关管与第一延迟电路串联,一个低压p沟道第二开关管与第二延迟电路串联;

35、在sic mosfet管的栅极与源极之间有一个第一寄生电容;

36、在si-igbt驱动电路中有一个低压p沟道第三开关管与第三延迟电路串联;

37、在si-igbt管的栅极与源极之间有一个第二寄生电容。

38、此优选实施例中,本技术的sic mosfet驱动电路中结合了低压n沟道和p沟道开关管,分别与第一和第二延迟电路串联,以及sic mosfet栅极与源极之间的第一寄生电容,协同作用以控制sic mosfet的开关动作;同样,si-igbt驱动电路中低压p沟道开关管与第三延迟电路串联,并受第二寄生电容的影响,确保了si-igbt栅极与源极间电荷存储和释放的稳定性。这种配置增强了驱动电路的灵活性和响应速度,有助于减少开关损耗并提升整体电路的性能。

39、第二方面,本技术提供了一种混合开关的变驱动控制电路,所述变驱动控制电路用于执行如第一方面任意一项所述的混合开关的变驱动控制方法;

40、所述变驱动控制电路包括:驱动器、sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路;

41、其中,所述驱动器的输入端连接sic-mosfet驱动电路的输入端,sic-mosfet驱动电路的输出端连接si-igbt驱动电路的输入端以及驱动器的输出端,si-igbt驱动电路的输出端连接到驱动器的输出端。

42、本技术的混合开关变驱动控制电路通过控制sic-mosfet驱动电路和si-igbt驱动电路,通过驱动器输出的高低电平信号控制两个开关的开断,自动化的实现了两种工作模式的灵活切换,第一模式优先激活si-igbt驱动电路后激活sic-mosfet驱动电路,第二模式则相反,优先激活sic-mosfet驱动电路后激活si-igbt驱动电路。这种自动化的控制策略旨在减少开关损耗,以提高双模式驱动器的工作效率。


技术特征:

1.一种混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,适用于变驱动控制电路;其中,所述变驱动控制电路包括:驱动器、sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路;

2.根据权利要求1所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,所述变驱动控制电路包括:驱动器、sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路,具体为:

3.根据权利要求1所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,所述sic-mosfet驱动电路以及si-igbt驱动电路,还包括:

4.根据权利要求3所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,还包括:

5.根据权利要求4所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,所述第一开关和第二开关由互补信号驱动,不会同时开通,也不会同时关断,具体为:

6.根据权利要求3所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,所述sic-mosfet驱动电路中的第一电阻与第一电容串联形成第一延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的关断延迟,具体为:

7.根据权利要求3所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,所述sic-mosfet驱动电路中的第二电阻与第二电容串联形成第二延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的开通延迟,和所述sic-mosfet驱动电路中包含第一开关,所述第一开关与第二电阻并联;具体为:

8.根据权利要求3所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,所述si-igbt驱动电路中的第三电阻与第三电容串联形成第三延迟电路,用于控制sic-mosfet驱动电路的开通和关断延迟,和所述si-igbt驱动电路中包含第二开关,所述第二开关与第三电阻并联,具体为:

9.根据权利要求3所述的混合开关的变驱动控制方法,其特征在于,还包括:

10.一种混合开关的变驱动控制电路,其特征在于,所述变驱动控制电路用于执行如权利要求1至9任意一项所述的混合开关的变驱动控制方法;


技术总结
本发明公开了一种混合开关的变驱动控制方法及电路。本申请的驱动器依据控制信号管理SiC‑MOSFET和Si‑IGBT驱动电路的开关,实现两种工作模式的切换:第一模式先激活Si‑IGBT再激活SiC‑MOSFET,随后按相反顺序关闭;第二模式先激活SiC‑MOSFET再激活Si‑IGBT,关闭顺序相同。本申请这种自动化的控制策略旨在减少开关损耗,提高了双模式驱动器的工作效率。

技术研发人员:王正磊,陈钰凯,赵伟,谢宁,赵艳军,王宗义
受保护的技术使用者:中国南方电网有限责任公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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