自适应多段式晶体管驱动控制电路、控制方法及电力设备与流程

本技术涉及驱动控制领域，具体涉及一种自适应多段式晶体管驱动控制电路、控制方法及电力设备。

背景技术：

1、碳化硅(sic)场效应晶体管(field effect transistor，fet)具有高导热率、低通态阻抗和低寄生参数等特点，已广泛应用于电力设备。在电力设备中，通常需要驱动控制电路来驱动sic mosfet。但由于sic mosfet快速开关过程中会出现非常高的电流变化和电压变化，并伴随产生振荡和电气应力过冲，极易导致器件损坏。

2、针对上述问题，在现有技术中，通常通过增大栅极电阻以降低开关速度，从而达到抑制振荡和过冲的目的，但是，这将导致开关损耗严重增加，从而降低电力设备的转换效率。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中为抑制振荡和过冲，而导致开关损耗严重增加的问题，本技术提供了一种自适应多段式晶体管驱动控制电路、控制方法及电力设备。

2、一方面，本技术提供一种自适应多段式晶体管驱动控制电路，该自适应多段式晶体管驱动控制电路可以包括：开通控制电路和关断控制电路。开通控制电路包括第一控制电路和第一电流源，第一控制电路与第一电流源电连接，第一电流源还与待驱动晶体管的栅极电连接，第一控制电路用于控制第一电流源为栅极提供多段不同的开通电流。关断控制电路包括第二控制电路和第二电流源，第二控制电路与第二电流源电连接，第二电流源还与栅极电连接，第二控制电路用于控制第二电流源为栅极提供多段不同的关断电流。

3、可选地，第一控制电路用于接收开通信号，并根据开通信号控制第一电流源输出第一开通电流；开通控制电路还用于采集待驱动晶体管的栅极电压和米勒电压，根据预设的第一基准电压对栅极电压进行修正，并根据修正后的栅极电压以及米勒电压之间的大小关系，由第一控制电路控制第一电流源输出第二开通电流，第二开通电流小于第一开通电流；开通控制电路还用于采集待驱动晶体管的漏极电压，并根据漏极电压以及预设的第二基准电压之间的大小关系，由第一控制电路控制第一电流源输出第三开通电流，第三开通电流大于第一开通电流和第二开通电流。

4、可选地，开通控制电路还包括第一电压采集电路、第二电压采集电路、第一减法器和第一比较器；第一电压采集电路用于采集待驱动晶体管的栅极电压，并将栅极电压发送至第一减法器；第一减法器用于根据第一基准电压对栅极电压进行修正并获得修正后的栅极电压，并将修正后的栅极电压发送至第一比较器；第二电压采集电路用于采集待驱动晶体管的米勒电压，并将米勒电压发送至第一比较器；第一比较器用于在修正后的栅极电压大于米勒电压的情况下，输出第一脉冲信号给第一控制电路；第一控制电路用于根据第一脉冲信号控制第一电流源输出第二开通电流。

5、可选地，开通控制电路还包括第三电压采集电路和第二比较器；第一比较器还用于向第三电压采集电路发送使能信号；第三电压采集电路用于在接收到使能信号后，采集待驱动晶体管的漏极电压，并将漏极电压发送至第二比较器；第二比较器用于在漏极电压小于预设的第二基准电压的情况下，向第一控制电路发送第二脉冲信号；第一控制电路还用于根据第二脉冲信号控制第一电流源输出第三开通电流。

6、可选地，第一电流源包括并联的至少两个第一支路，每个第一支路的输出端与栅极电连接，每个第一支路均包括串联的第一子电流源和第一开关，每个第一支路中的第一子电流源分别用于输出不同的开通电流，每个第一支路的第一开关均与第一控制电路电连接，第一控制电路用于控制每个第一支路中的第一开关的开闭。

7、可选地，第二控制电路用于接收关断信号，并根据关断信号控制第二电流源输出第一关断电流；关断控制电路还用于采集待驱动晶体管当前周期的漏极电压，提取漏极电压的峰值电压，并根据峰值电压与预设的基准电压之间的大小关系，由第二控制电路控制第二电流源输出第二关断电流或第三关断电流，第二关断电流小于第一关断电流，第三关断电流大于第一关断电流和第二关断电流。

8、可选地，关断控制电路还包括分压电路、峰值检测电路、第二减法器和第三比较器；分压电路用于采集待驱动晶体管当前周期的漏极电压，并将当前周期的漏极电压发送至峰值检测电路；峰值检测电路用于提取当前周期的漏极电压中的峰值电压，并将峰值电压发送至第二减法器；第二减法器用于计算峰值电压与预设的第三基准电压之间的第三差值，并将第三差值发送至第三比较器；第三比较器还用于接收第三差值和下一周期的漏极电压，并在下一周期的漏极电压大于第三差值的情况下，输出第三脉冲信号至第二控制电路；第二控制电路还用于根据第三脉冲信号控制第二电流源输出第二关断电流。

9、可选地，关断控制电路还包括第三减法器和第四比较器；峰值检测电路还用于将峰值电压发送至第三减法器；第三减法器用于计算峰值电压与预设的第四基准电压之间的第四差值，并将第四差值发送至第四比较器；第四比较器用于接收第四差值和下一周期的漏极电压，并在下一周期的漏极电压小于第四差值的情况下，输出第四脉冲信号至第二控制电路；第二控制电路还用于根据第四脉冲信号控制第二电流源发送第三关断电流。

10、可选地，第二电流源包括并联的至少两个第二支路，每个第二支路的输出端与栅极电连接，每个第二支路均包括串联的第二子电流源和第二开关，每个第二支路中的第二子电流源分别用于输出不同的开通电流，每个第二支路的第二开关均与第二控制电路电连接，第二控制电路用于控制每个第二支路中的第二开关的开闭。

11、再一方面，本技术还提供一种自适应多段式晶体管驱动控制方法，应用于上述任一实施方式的自适应多段式晶体管驱动控制电路，自适应多段式晶体管驱动控制方法包括：第一控制电路接收开通信号，并根据开通信号控制第一电流源在多个不同时刻输出多段不同的开通电流至待驱动晶体管的栅极；第二控制电路接收关断信号，并根据关断信号控制第二电流源在多个不同时刻输出多段不同的关断电流至待驱动晶体管的栅极。

12、可选地，第一控制电路接收开通信号，并根据开通信号控制第一电流源在多个不同时刻输出多段不同的开通电流至待驱动晶体管的栅极的步骤，包括：

13、第一控制电路接收开通信号，并根据开通信号控制第一电流源输出第一开通电流；开通控制电路采集待驱动晶体管的栅极电压和米勒电压，根据预设的第一基准电压对栅极电压进行修正，并根据修正后的栅极电压以及米勒电压之间的大小关系，由第一控制电路控制第一电流源输出第二开通电流，第二开通电流小于第一开通电流；开通控制电路采集待驱动晶体管的漏极电压，并根据漏极电压以及预设的第二基准电压之间的大小关系，由第一控制电路控制第一电流源输出第三开通电流，第三开通电流大于第一开通电流和第二开通电流。

14、可选地，开通控制电路还包括第一电压采集电路、第二电压采集电路、第一减法器和第一比较器；开通控制电路采集待驱动晶体管的栅极电压和米勒电压，根据预设的第一基准电压对栅极电压进行修正，并根据修正后的栅极电压以及米勒电压之间的大小关系，由第一控制电路控制第一电流源输出第二开通电流的步骤，包括：第一电压采集电路采集待驱动晶体管的栅极电压，并将栅极电压发送至第一减法器；第一减法器计算栅极电压与预设的第一基准电压之间的修正后的栅极电压，并将修正后的栅极电压发送至第一比较器；第二电压采集电路采集待驱动晶体管的米勒电压，并将米勒电压发送至第一比较器；第一比较器在修正后的栅极电压大于米勒电压的情况下，输出第一脉冲信号给第一控制电路；第一控制电路根据第一脉冲信号控制第一电流源输出第二开通电流，第二开通电流小于第一开通电流。

15、可选地，开通控制电路还包括第三电压采集电路和第二比较器；开通控制电路采集待驱动晶体管的漏极电压，并根据漏极电压以及预设的第二基准电压之间的大小关系，由第一控制电路控制第一电流源输出第三开通电流的步骤，还包括：第一比较器向第三电压采集电路发送使能信号；第三电压采集电路在接收到使能信号后，采集待驱动晶体管的漏极电压，并将漏极电压发送至第二比较器；第二比较器在漏极电压小于预设的第二基准电压的情况下，向第一控制电路发送第二脉冲信号；第一控制电路根据第二脉冲信号控制第一电流源输出第三开通电流，第三开通电流大于第一开通电流和第二开通电流。

16、可选地，第二控制电路接收关断信号，并根据关断信号控制第二电流源在多个不同时刻输出多段不同的关断电流至待驱动晶体管的栅极的步骤，包括：第二控制电路接收关断信号，并根据关断信号控制第二电流源输出第一关断电流；关断控制电路采集待驱动晶体管当前周期的漏极电压，提取漏极电压的峰值电压，并根据峰值电压与预设的基准电压之间的大小关系，由第二控制电路控制第二电流源输出第二关断电流或第三关断电流，第二关断电流小于第一关断电流，第三关断电流大于第一关断电流和第二关断电流。

17、可选地，关断控制电路还包括分压电路、峰值检测电路、第二减法器和第三比较器；关断控制电路采集待驱动晶体管当前周期的漏极电压，并提取漏极电压的峰值电压，并根据峰值电压与预设的基准电压之间的大小关系输出第二关断电流或第三关断电流的步骤，包括：分压电路采集待驱动晶体管当前周期的漏极电压，并将当前周期的漏极电压发送至峰值检测电路；峰值检测电路提取当前周期的漏极电压中的峰值电压，并将峰值电压发送至第二减法器；第二减法器计算峰值电压与预设的第三基准电压之间的第三差值，并将第三差值发送至第三比较器；第三比较器接收第三差值和下一周期的漏极电压，并在下一周期的漏极电压大于第三差值的情况下，输出第三脉冲信号至第二控制电路；第二控制电路根据第三脉冲信号控制第二电流源输出第二关断电流，第二关断电流小于第一关断电流。

18、可选地，关断控制电路还包括第三减法器和第四比较器；关断控制电路采集待驱动晶体管当前周期的漏极电压，提取漏极电压的峰值电压，并根据峰值电压与预设的基准电压之间的大小关系，由第二控制电路控制第二电流源输出第二关断电流或第三关断电流的步骤，还包括：峰值检测电路将峰值电压发送至第三减法器；第三减法器计算峰值电压与预设的第四基准电压之间的第四差值，并将第四差值发送至第四比较器；第四比较器接收第四差值和下一周期的漏极电压，并在下一周期的漏极电压小于第四差值的情况下，输出第四脉冲信号至第二控制电路；第二控制电路根据第四脉冲信号控制第二电流源发送第三关断电流，第三关断电流大于第一关断电流和第二关断电流。

19、再一方面，本技术还提供一种电力设备，包括电路板以及上述任一实施方式的自适应多段式晶体管驱动控制电路，电路板与自适应多段式晶体管驱动控制电路电连接。电力设备能够实现自适应多段式晶体管驱动控制电路的所有效果。

20、与现有技术相比，本技术的有益效果为：

21、本技术提供的自适应多段式晶体管驱动控制电路中，开通控制电路包括第一控制电路和第一电流源，第一控制电路可控制第一电流源为栅极提供多段不同的开通电流。由于晶体管在快速开关的过程中，会出现比较高的电流变化，因此，在本技术中，通过第一控制电路控制第一电流源为栅极提供多段不同的开通电流，从而更好地适应晶体管在开通过程中的电流变化，进而可降低晶体管在开通过程中的振荡及应力过冲。

22、此外，关断控制电路包括第二控制电路和第二电流源，第二控制电路可控制第二电流源为栅极提供多段不同的关断电流。由于晶体管在快速开关的过程中，会出现比较高的电流变化，因此，在本技术中，通过第二控制电路控制第二电流源为栅极提供多段不同的关断电流，从而更好地适应晶体管在关断过程中的电流变化，进而可降低晶体管在关断过程中的振荡及应力过冲。

23、由于在本技术中，并未增大栅极电阻，因此，晶体管的开关速度并未降低，由此可保持开关损耗不变，从而不会导致电力设备的转换效率降低。也就是说，本技术可在降低晶体管在开通和关断过程中的振荡及应力过冲的同时，还能够保持开关损耗不变。还可以说，本技术能够解决现有技术中振荡及应力过冲的问题的同时，还能够解决开关损耗严重增加的问题。

24、另外，本技术提供的自适应多段式晶体管驱动控制方法中，通过第一控制电路接收开通信号，并根据开通信号控制第一电流源在多个不同时刻输出多段不同的开通电流至待驱动晶体管的栅极，以为栅极提供多段不同的开通电流，从而更好地适应晶体管在开通过程中的电流变化，进而可降低晶体管在开通过程中的振荡及应力过冲。

25、此外，第二控制电路接收关断信号，并根据关断信号控制第二电流源在多个不同时刻输出多段不同的关断电流至待驱动晶体管的栅极，以为栅极提供多段不同的关断电流，从而更好地适应晶体管在关断过程中的电流变化，进而可降低晶体管在关断过程中的振荡及应力过冲。

26、由于在本技术中，并未增大栅极电阻，因此，晶体管的开关速度并未降低，由此可保持开关损耗不变，从而不会导致电力设备的转换效率降低。也就是说，本技术可在降低晶体管在开通和关断过程中的振荡及应力过冲的同时，还能够保持开关损耗不变。还可以说，本技术能够解决现有技术中振荡及应力过冲的问题的同时，还能够解决开关损耗严重增加的问题。