本發(fā)明涉及電子電路技術領域，特別是涉及一種自適應振鈴淬滅柵極驅動電路和驅動器。

背景技術：

SiC器件具有高耐壓和高速開關的特性，但由于其跨導較低，有效地利用其高速開關特性需要以大擺幅、并且在其柵電壓許可的范圍內滿擺幅驅動，這與在其整個許可的驅動電壓范圍內高速滿擺幅驅動相關。實際施加在柵極上的電壓需要精確控制和防止因寄生串聯(lián)電感與柵電容之間的振鈴產(chǎn)生尖峰、擊穿柵極絕緣層。硅COMS FET的跨導大，并不需要在整個最大擺幅內滿擺幅快速驅動，由于不滿擺幅，只要留出足夠的幅度余量也不需要防止振鈴擊穿，或者可以利用擺幅接近最大輸出幅度時降低輸出能力的辦法消除振鈴；這種辦法可見UCC27523數(shù)據(jù)手冊中figure 28電路的示意。名義上專門為SiC設計的驅動器，Avago公司的ACPL-P345除了加大擺幅外，沒有針對消除振鈴設計，而是依靠較弱的驅動能力減緩振鈴。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種自適應振鈴淬滅柵極驅動電路和驅動器，針對SiC高速、高壓大電流MOSFET的特點，在大擺幅內實現(xiàn)精確柵極驅動以及對驅動路徑離散電感和柵極電容產(chǎn)生的振鈴尖峰進行淬滅，以確保有效利用SiC的高速開關能力和克服其跨導較低的不足。

本發(fā)明的技術方案是：

1.一種自適應振鈴淬滅柵極驅動電路，其特征在于，包括第一MOS開關管Q1、第二MOS開關管Q2，所述第一MOS開關管Q1的漏極和第二MOS開關管Q2的漏極連接柵極驅動輸出端GD，所述第二MOS開關管Q2的源極接正電源VP，所述第一MOS開關管Q1的源極經(jīng)穩(wěn)壓器接正電源VP，穩(wěn)壓器的正輸入端接高電位VH，穩(wěn)壓器的負輸入端經(jīng)電容c接地；所述第一MOS開關管Q1的柵極和第二MOS開關管Q2的柵極連接采用淬滅時間自適應的驅動源內阻變化的方式實現(xiàn)電壓快速上拉和振鈴淬滅的上拉淬滅電路。

2.所述上拉淬滅電路包括第一電平轉移緩沖器1、第二電平轉移緩沖器3、導通延時器8以及滯回電壓比較器C，所述第一MOS開關管Q1的柵極經(jīng)第一電平轉移緩沖器1和導通延時器8連接SIN信號輸入端，第二MOS開關管Q2的柵極接第二電平轉移緩沖器3輸出端，第二電平轉移緩沖器3控制端接正電源VP，第二電平轉移緩沖器3輸入端接第一或門2輸出端，第一或門2的第一輸入端經(jīng)導通延時器8連接SIN信號輸入端，第一或門2的第二輸入端連接滯回電壓比較器C的輸出端，滯回電壓比較器C的正輸入端連接柵極驅動輸出端GD，滯回電壓比較器C的負輸入端經(jīng)電容c接地。

3.所述第一MOS開關管Q1的內阻rpu大于第二MOS開關管Q2的內阻Rpu。

4.所述穩(wěn)壓器包括一個放大器A和一個p溝道MOSFET，所述放大器A的輸出端接MOSFET的柵極，MOSFET的源極接第一MOS開關管Q1的源極，MOSFET的漏極接正電源VP，放大器A的一個輸入端接高電位VH，另一個輸入端經(jīng)電容c接地。

5.一種自適應振鈴淬滅柵極驅動電路，其特征在于，包括第三MOS開關管Q3，所述第三MOS開關管Q3的源極接負電源VL，第三MOS開關管Q3的漏極連接柵極驅動輸出端GD，第三MOS開關管Q3的柵極連接采用通過傳輸延時產(chǎn)生一個固定的淬滅時間的方式實現(xiàn)電壓下拉和振鈴淬滅的下拉淬滅電路。

6.所述下拉淬滅電路包括產(chǎn)生固定淬滅時間的延時器4、第三電平轉移緩沖器7以及所述滯回電壓比較器C，所述第三MOS開關管Q3的柵極經(jīng)第三電平轉移緩沖器7連接與門6的輸出端，與門6的一個輸入端連接SIN信號輸入端，與門6的另一個輸入端接第二或門5的輸出端，第二或門5的一個輸入端連接滯回電壓比較器C的輸出端，并通過產(chǎn)生固定淬滅時間的延時器4與第二或門5的另一個輸入端連接，滯回電壓比較器C的正輸入端連接柵極驅動輸出端GD，滯回電壓比較器C的負輸入端經(jīng)電容c接地。

7.一種雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路，其特征在于，包括第一MOS開關管Q1、第二MOS開關管Q2和第三MOS開關管Q3，所述第一MOS開關管Q1的漏極和第二MOS開關管Q2的漏極連接柵極驅動輸出端GD，所述第二MOS開關管Q2的源極接正電源VP，所述第一MOS開關管Q1的源極經(jīng)穩(wěn)壓器接正電源VP，穩(wěn)壓器的正輸入端接高電位VH，穩(wěn)壓器的負輸入端經(jīng)電容c接地；所述第一MOS開關管Q1的柵極和第二MOS開關管Q2的柵極連接采用淬滅時間自適應的驅動源內阻變化的方式實現(xiàn)電壓快速上拉和振鈴淬滅的上拉淬滅電路；所述第三MOS開關管Q3的源極接負電源VL，第三MOS開關管Q3的漏極連接柵極驅動輸出端GD，第三MOS開關管Q3的柵極連接采用通過傳輸延時產(chǎn)生一個固定的淬滅時間的方式實現(xiàn)電壓下拉和振鈴淬滅的下拉淬滅電路。

8.一種雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動器，其特征在于，包括雙極性電源以及所述雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路；所述雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路的柵極驅動輸出端GD連接所要驅動的開關器件的柵極；所述雙極性電源的正電源輸出端和負電源輸出端分別連接自適應振鈴淬滅柵極驅動電路的正電源引腳VP和負電源引腳VN。

9.所述雙極性的電源為內置雙極性電源或外置雙極性電源，包括采用單電感、雙電感或者電荷泵產(chǎn)生的雙極性電源；所述內置雙極性電源包括欠壓保護電路，用于檢查輸入電源是否滿足所述內置雙極性電源所需要的電流。

10.還包括抗共模干擾的改出-自保持輸入電路，輸入信號經(jīng)所述改出-自保持輸入電路連接所述自適應振鈴淬滅柵極驅動電路；所述改出-自保持輸入電路包括一個比較器、一個n溝道MOSFET和一個p溝道MOSFET，所述比較器的一個輸入端連接輸入信號引腳SIN，并同時連接n溝道MOSFET的漏極和p溝道MOSFET的漏極，所述比較器的輸出端同時連接n溝道MOSFET的柵極和p溝道MOSFET的柵極，所述p溝道MOSFET的源極接地，p溝道MOSFET的源極接供電電壓Vbia，所述比較器的另一個輸入端接參考電壓Vth。

本發(fā)明的技術效果：

本發(fā)明提供的一種自適應振鈴淬滅柵極驅動電路及驅動器，針對SiC器件的高耐壓和高速開關的特性，提供了一種雙極性自適應振鈴淬滅驅動電路，其特點是，上拉部分采用時間自適應的驅動源內阻變化的方式實現(xiàn)電壓快速上拉和振鈴淬滅，下拉部分通過傳輸延時產(chǎn)生一個固定的淬滅時間的方式實現(xiàn)電壓下拉和振鈴淬滅，達到精確電壓控制和主動振鈴尖峰淬滅的目的，在其柵電壓許可的范圍內實現(xiàn)了滿擺幅精確柵極驅動，以及對驅動路徑離散電感和柵極電容產(chǎn)生的振鈴尖峰進行有效淬滅，有效的利用了SiC的高速開關能力和克服了其跨導較低的不足。另外還提出了一種改出-自保持輸入電路，能更有效的抗共模干擾，并采用內置或外置雙極性電源，保證驅動電路的雙極性輸出。

附圖說明

圖1a是形成振鈴的寄生電感和柵電容分布說明圖。

圖1b是圖1a的簡化模型圖。

圖2a是振鈴形成原理說明圖。

圖2b是振鈴淬滅原理說明圖。

圖3是本發(fā)明的雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路圖。

圖4是本發(fā)明的雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動器實施例示意圖。

圖5是本發(fā)明的改出-自保持輸入電路的電路圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細說明。

圖1a是形成振鈴的寄生電感和柵電容分布說明圖。作用到MOS FET內部柵極上振鈴與驅動路徑上的寄生電感和柵電容有關。寄生電感包括電路板上的寄生電感Lwire和MOS FET內部引線上的寄生電感Llead兩部分，柵電容包括Ciss、Crss、Cdss，這些都是SiC MOSFET內部的寄生電容，即圖中所示的三個電極直接的電容。這些寄生電感和柵電容進一步簡化成圖1b的簡化模型圖，用來說明振鈴的形成。為了實現(xiàn)高速驅動，簡化模型中的電阻r需要盡可能低，這使得等效電感Lpar中的電流在等效電容Cpar上的電壓上升到輸出電壓Von前一直是增加的；等電容電壓達到Von后，電感會繼續(xù)向電容放電，在Lpar-Cpar-r之間產(chǎn)生振鈴。電容上將觀察到圖2a所示的電壓過沖。如圖2b所示，如果在電容電壓達到Von時迅速拉低驅動輸出，電感電流在反向電壓的作用下迅速下降，放電過程中轉移的電荷量減少，電容上的電壓過沖減小，即振鈴淬滅。

如圖3所示，是本發(fā)明的雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路圖，用以說明本發(fā)明的帶自適應淬滅的驅動電路原理。

本發(fā)明的雙極性自適應振鈴淬滅電路包括采用淬滅時間自適應的驅動源內阻變化的方式實現(xiàn)電壓快速上拉和振鈴淬滅的上拉淬滅電路和通過傳輸延時產(chǎn)生一個固定的淬滅時間的方式實現(xiàn)電壓下拉和振鈴淬滅的下拉淬滅電路。

具體的，GD輸出上拉時，上拉電路包括第一MOS開關管Q1、第二MOS開關管Q2，第一MOS開關管Q1的漏極和第二MOS開關管Q2的漏極連接柵極驅動輸出端GD，第二MOS開關管Q2的源極接正電源VP，第一MOS開關管Q1的源極經(jīng)穩(wěn)壓器接正電源VP，穩(wěn)壓器的正輸入端接高電位VH，穩(wěn)壓器的負輸入端經(jīng)電容c接地；第一MOS開關管Q1的柵極和第二MOS開關管Q2的柵極連接采用淬滅時間自適應的驅動源內阻變化的方式實現(xiàn)電壓快速上拉和振鈴淬滅的上拉淬滅電路。上拉淬滅電路包括第一電平轉移緩沖器1、第二電平轉移緩沖器3、導通延時器8以及滯回電壓比較器C，所述第一MOS開關管Q1的柵極經(jīng)第一電平轉移緩沖器1和導通延時器8連接SIN信號輸入端，第二MOS開關管Q2的柵極接第二電平轉移緩沖器3輸出端，第二電平轉移緩沖器3控制端接正電源VP，第二電平轉移緩沖器3輸入端接第一或門2輸出端，第一或門2的第一輸入端經(jīng)導通延時器8連接SIN信號輸入端，第一或門2的第二輸入端連接滯回電壓比較器C的輸出端，滯回電壓比較器C的正輸入端連接柵極驅動輸出端GD，滯回電壓比較器C的負輸入端經(jīng)電容c接地。

其中，第一MOS開關管Q1的內阻rpu大于第二MOS開關管Q2的內阻Rpu；穩(wěn)壓器包括一個放大器A和一個p溝道MOSFET，放大器A的輸出端接MOSFET的柵極，MOSFET的源極接第一MOS開關管Q1的源極，MOSFET的漏極接正電源VP，放大器A的一個輸入端接高電位VH，另一個輸入端經(jīng)電容c接地。

圖中第一電平轉移緩沖器1除進行電平轉移外，還用來配平第一與門2→第二電平轉移緩沖器3延遲，使Q1的導通略遲于Q2導通。滯回電壓比較器C用來比較輸出幅度與高電平VH的接近程度，當GD接近VH時輸出高電平。當接收到要求GD上拉的輸入時，2→3→GD→C→2的環(huán)行使Q2只在一開始參與上拉，其后將由Q1自己保持上拉。設計rpu>Rpu，Q2停止導通后，GD將因電感持續(xù)吸出電流出現(xiàn)下沖，從而淬滅柵極振鈴。Q2的上拉能力除采用較低導通電阻的器件外，VP-VH的壓差使其在輸出接近VH時仍可保持上拉能力。

GD輸出下拉時，下拉電路包括第三MOS開關管Q3，第三MOS開關管Q3的源極接負電源VL，第三MOS開關管Q3的漏極連接柵極驅動輸出端GD，第三MOS開關管Q3的柵極連接采用通過傳輸延時產(chǎn)生一個固定的淬滅時間的方式實現(xiàn)電壓下拉和振鈴淬滅的下拉淬滅電路。下拉淬滅電路包括產(chǎn)生固定淬滅時間的延時器4、第三電平轉移緩沖器7以及滯回電壓比較器C，第三MOS開關管Q3的柵極經(jīng)第三電平轉移緩沖器7連接與門6的輸出端，與門6的一個輸入端連接SIN信號輸入端，與門6的另一個輸入端接第二或門5的輸出端，第二或門5的一個輸入端連接滯回電壓比較器C的輸出端，并通過產(chǎn)生固定淬滅時間的延時器4與第二或門5的另一個輸入端連接，滯回電壓比較器C的正輸入端連接柵極驅動輸出端GD，滯回電壓比較器C的負輸入端經(jīng)電容c接地。

GD輸出下拉時由于其對應所驅動器件的關斷過程，Q3大多數(shù)時間需要保持高驅動能力以吸收所驅動器件的負載感性通過漏-柵電容對柵極的驅動，本發(fā)明采用4→5的傳輸延時產(chǎn)生一個固定的淬滅時間。淬滅期間Q3短暫斷開，GD因電感注入電流出現(xiàn)上沖。淬滅時間需要較短以避免C再次翻轉并使Q3出現(xiàn)第二次斷開，同時4輸出的上跳變延遲快、下跳變延遲慢(如圖3中左下波形所示)；這個下跳變慢的特性可防止輸出下拉時淬滅脈沖引起翻轉。

如圖4所示，是本發(fā)明的雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動器的實施例示意圖。本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術實現(xiàn)方案的電路部分在見圖中陰影標記，即1.抗共模干擾的改出-自保持輸入；2.自適應振鈴淬滅；3.雙極性電源。分別描述如下：

一種雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動器，包括雙極性電源以及所述雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路；雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路的柵極驅動輸出端GD連接所要驅動的開關器件Q的柵極；雙極性電源的正電源輸出端和負電源輸出端分別連接自適應振鈴淬滅柵極驅動電路的正電源引腳VP和負電源引腳VN。

其中，自適應振鈴淬滅采用圖3所示的雙極性自適應振鈴淬滅柵極驅動電路。雙極性電源為內置雙極性電源或外置雙極性電源，包括采用單電感、雙電感或者電荷泵產(chǎn)生的雙電源。實施例中，采用內置雙極性電源，包括欠壓保護電路，用于檢查輸入電源是否滿足這個內置電源的需要的電流；LBS和LINV是這個內置電源的兩個開關節(jié)點。

還包括抗共模干擾的改出-自保持輸入電路，輸入信號經(jīng)所述改出-自保持輸入電路連接所述自適應振鈴淬滅柵極驅動電路的輸入端。如圖5所示，改出-自保持輸入電路包括一個比較器、一個n溝道MOSFET和一個p溝道MOSFET，比較器的一個輸入端連接輸入信號引腳SIN，并同時連接n溝道MOSFET的漏極和p溝道MOSFET的漏極，比較器的輸出端同時連接n溝道MOSFET的柵極和p溝道MOSFET的柵極，p溝道MOSFET的源極接地，p溝道MOSFET的源極接供電電壓Vbia，比較器的另一個輸入端接參考電壓Vth。這里Vbias是一個電路內部的工作電壓，該電壓用于給PMOSFET供電，產(chǎn)生一個受控的上拉電流；Vth是一個內部的參考電壓，以該電壓值為臨界點，當輸入被拉超過或低于該電壓時，認定輸入為邏輯高或者低，同時把恒流源切換到一致的方向上。如果需要改變此電路的邏輯狀態(tài)在灌入或者吸出電流的同時滿足邏輯門限要求。無論是在高電平還是低電平，此電路的輸入阻抗即當時開啟的MOS FET的導通電阻。同時，從SIN輸入到GD輸出為倒相關系，與外部開關產(chǎn)生的共模電壓保持反相(正反饋關系)，可進一步避免共模導致誤操作。

圖4中還包括隔離采樣電路，這個電路用于對高電壓的隔離，與一般意義下的絕緣隔離不同，它是隔離掉高電壓，使其不直接進入驅動電路部分。圖4中，自適應振鈴淬滅電路的OCP電壓引腳(連接圖3中的VH)通過隔離采樣電路連接所要驅動的開關器件Q的漏極，自適應振鈴淬滅電路的DLY引腳(連接圖3中的導通延時器8的輸入端)通過電阻Rd接地，用于利用不同電阻值設置延遲時間，連接雙極性電源的PWR電源引腳通過電容Cpwr接地。

在此指明，以上敘述有助于本領域技術人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實質內容的對以上敘述的等同替換、修飾改進和/或刪繁從簡而進行的實施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍。