碳化硅MOS管的短路电流限制电路

本申请涉及半导体器件驱动电路，尤其涉及一种碳化硅mos管的短路电流限制电路。

背景技术：

1、在电力电子技术领域，功率半导体器件的可靠性是一个关键问题，是影响电力电子设备安全、可靠运行的核心因素。在功率半导体器件的可靠性问题中，短路故障是最常见的故障类型之一。因此，在功率半导体器件的应用中，通常需要针对其短路故障设计针对性的保护措施。

2、驱动电路是驱动功率半导体器件开通、关断的核心设备。在发生短路故障时，驱动电路中包含的短路保护电路则需具备故障快速检测、关断器件、上传故障等功能，是保障功率半导体器件可靠运行的关键。

3、碳化硅(sic)金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mos管)的短路耐受能力差、开关速度极快，故当发生短路故障时，流经器件的电流将在很短时间内上升至数倍甚至数十倍额定电流的值，使器件承受极大的电流应力。传统的退饱和(desaturation,desat)保护需要设置较长的消隐时间，导致该法的检测时间和动作时间较长，器件可能在检测和保护动作过程中就已经发生损坏，因此无法对碳化硅mos管的短路故障实现绝对可靠的保护。

4、经典的短路保护电路优化思路是缩短检测时间、动作时间，力求更快的保护，使器件承受大电流应力的时间更短，降低器件损坏的风险。在此思路下开尔文检测方法诞生，可将短路故障检测时间缩短至数百纳秒(350～500ns)，提升了短路保护的可靠性。但是，若sic mos管发生短路故障，数百纳秒的时间已经足以使短路电流上升至极高值，即使器件不发生损坏，大电流应力也会加速器件老化。此外，目前市面上大部分成熟的sic mos管驱动芯片并未兼容开尔文保护方法，且开尔文检测电路需要针对不同型号的器件做特殊的参数设计，通用性差，会增大驱动、保护电路设计者的设计难度。

5、综上，亟需一种优化的碳化硅mos管的短路电流限制电路，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种碳化硅mos管的短路电流限制电路，可以限制碳化硅mos管的短路电流，提高器件寿命，且响应速度快，电路简单，应用广泛。

2、本申请提供一种碳化硅mos管的短路电流限制电路，包括：

3、可控开关，连接所述碳化硅mos管的源极和栅极，所述可控开关包括受控端；

4、单向二极管，与所述可控开关串联连接于所述碳化硅mos管的源极和栅极，所述单向二极管的阳极连接所述碳化硅mos管的栅极，所述单向二极管的阴极连接所述可控开关；

5、电流检测电路，与所述碳化硅mos管连接，用于将流过所述碳化硅mos管的电流转换为第一电压信号；及

6、运算输出电路，所述运算输出电路的输入端连接所述电流检测电路的输出端，所述运算输出电路的输出端连接所述受控端，所述运算输出电路用于根据所述第一电压信号输出第二电压信号，以控制所述可控开关的导通电阻，进而控制所述碳化硅mos管的栅极电压，从而控制流过所述碳化硅mos管的电流。

7、可选的，所述运算输出电路包括信号处理电路和驱动电路，所述信号处理电路用于缩放所述第一电压信号，所述驱动电路用于驱动所述可控开关，所述信号处理电路的输入端连接所述电流检测电路的输出端，所述信号处理电路的输出端连接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接所述受控端。

8、可选的，所述信号处理电路包括信号缩放电路，所述信号缩放电路用于缩放所述第一电压信号，所述信号缩放电路的输入端连接所述电流检测电路的输出端，所述信号缩放电路的输出端连接所述驱动电路的输入端。

9、可选的，所述信号处理电路包括加法器电路，所述信号缩放电路的输出端连接所述加法器电路的输入端，所述加法器电路的另一输入端连接偏置电源，所述加法器电路的输出端连接所述驱动电路的输入端。

10、可选的，所述驱动电路包括射极跟随输出电路，所述射极跟随输出电路包括电源端和三极管，所述三极管连接所述电源端和所述受控端，所述信号处理电路的输出端连接所述三极管的基极。

11、可选的，所述碳化硅mos管包括开尔文源极，所述开尔文源极连接驱动接地端；所述电流检测电路包括有源积分电路，所述有源积分电路的输入端连接所述碳化硅mos管的源极，所述有源积分电路的另一输入端连接所述开尔文源极，所述有源积分电路的输出端连接所述运算输出电路的输入端。

12、可选的，所述短路电流限制电路包括分压电阻，与所述可控开关、所述单向二极管串联连接于所述碳化硅mos管的源极和栅极。

13、可选的，所述可控开关包括mos管，连接所述碳化硅mos管的栅极和接地端，所述mos管的栅极连接所述运算输出电路的输出端。

14、可选的，所述可控开关包括多个串联连接的晶体管，多个所述晶体管的受控端连接所述运算输出电路的输出端。

15、可选的，所述短路电流限制电路包括短路检测电路，连接所述碳化硅mos管的漏极。

16、在一些实施例中，可控开关、单向二极管串联连接于碳化硅mos管的源极和栅极，电流检测电路将流过碳化硅mos管的电流转换为第一电压信号，运算输出电路根据第一电压信号输出第二电压信号，以控制可控开关的导通电阻，改变碳化硅mos管的源极和栅极之间的电压，进而控制流过碳化硅mos管的电流，如此可以限制碳化硅mos管的短路电流，大幅提升器件短路耐受时间，延长器件寿命，且通过模拟电路控制电流，响应速度快，电路简单，应用广泛。

17、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述运算输出电路包括信号处理电路和驱动电路，所述信号处理电路用于缩放所述第一电压信号，所述驱动电路用于驱动所述可控开关，所述信号处理电路的输入端连接所述电流检测电路的输出端，所述信号处理电路的输出端连接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端连接所述受控端。

3.根据权利要求2所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述信号处理电路包括信号缩放电路，所述信号缩放电路用于缩放所述第一电压信号，所述信号缩放电路的输入端连接所述电流检测电路的输出端，所述信号缩放电路的输出端连接所述驱动电路的输入端。

4.根据权利要求3所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述信号处理电路包括加法器电路，所述信号缩放电路的输出端连接所述加法器电路的输入端，所述加法器电路的另一输入端连接偏置电源，所述加法器电路的输出端连接所述驱动电路的输入端。

5.根据权利要求2所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述驱动电路包括射极跟随输出电路，所述射极跟随输出电路包括电源端和三极管，所述三极管连接所述电源端和所述受控端，所述信号处理电路的输出端连接所述三极管的基极。

6.根据权利要求1所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述碳化硅mos管包括开尔文源极，所述开尔文源极连接驱动接地端；所述电流检测电路包括有源积分电路，所述有源积分电路的输入端连接所述碳化硅mos管的源极，所述有源积分电路的另一输入端连接所述开尔文源极，所述有源积分电路的输出端连接所述运算输出电路的输入端。

7.根据权利要求1所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述短路电流限制电路包括分压电阻，与所述可控开关、所述单向二极管串联连接于所述碳化硅mos管的源极和栅极。

8.根据权利要求1所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述可控开关包括mos管，连接所述碳化硅mos管的栅极和接地端，所述mos管的栅极连接所述运算输出电路的输出端。

9.根据权利要求1所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述可控开关包括多个串联连接的晶体管，多个所述晶体管的受控端连接所述运算输出电路的输出端。

10.根据权利要求1所述的碳化硅mos管的短路电流限制电路，其特征在于，所述短路电流限制电路包括短路检测电路，连接所述碳化硅mos管的漏极。

技术总结本申请提供一种碳化硅MOS管的短路电流限制电路，包括：可控开关、单向二极管、电流检测电路及运算输出电路。可控开关连接碳化硅MOS管的源极和栅极，可控开关包括受控端。单向二极管与可控开关串联连接于碳化硅MOS管的源极和栅极，单向二极管的阳极连接碳化硅MOS管的栅极，单向二极管的阴极连接可控开关。电流检测电路与碳化硅MOS管连接，用于将流过碳化硅MOS管的电流转换为第一电压信号。运算输出电路的输入端连接电流检测电路的输出端，运算输出电路的输出端连接受控端，运算输出电路用于根据第一电压信号输出第二电压信号，以控制可控开关的导通电阻，进而控制碳化硅MOS管的栅极电压，从而控制碳化硅MOS管的电流。本申请可以限制碳化硅MOS管的短路电流。技术研发人员：郑泽东,巫以凡,李驰受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25