基于SiCMOSFET栅极驱动电阻电荷检测的短路检测方法

本发明涉及一种sic mosfet短路保护方法，具体涉及一种sic mosfet短路检测的方法。

背景技术：

1、随着宽禁带半导体的发展，sic mosfet被广泛应用于工业领域。其具有开关损耗低、开关频率高、耐压高以及温度特性优秀等特点，使得应用sic mosfet的电力电子装置的转换效率、功率密度及稳定性大幅提升。然而，短路故障是导致sic mosfet失效的重要原因之一，严重阻碍其应用。

2、按照sic mosfet处于短路回路中时的开关状态，可将短路类型分为硬开关短路故障（hard switching fault，hsf）和负载短路故障（fault under load，ful）。sic mosfet处于短路回路中时为关闭状态，既sic mosfet一开通就处于短路状态，称为hsf。sic mosfet处于短路回路中时为开通状态，称为ful。

3、由于sic mosfet开通关断过程中米勒平台的存在，hsf发生时，sic mosfet的栅极电荷量远小于正常开通过程中栅极电荷量，因此现有技术提出一种通过检测栅极电荷量来识别hsf的方法，对hsf的响应速度极快。然而，由于此种方法的检测依靠sic mosfet开通过程中的米勒平台，因此无法检测ful。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种通过检测流经驱动电阻上电荷量的变化趋势来检测hsf与ful的方法，弥补现有栅极电荷检测方法无法检测ful的缺点。

2、技术方案：基于sic mosfet栅极驱动电阻电荷检测的短路检测方法，包括：

3、s1：对sic mosfet的栅极电压 vgs和流经经sic mosfet驱动电阻的电荷 qrgl进行测量；

4、s2：将栅极电压 vgs、电荷 qrgl分别与参考电压 vref、参考电荷 qref比较，若 vgs> vref则检测信号 s1输出高电平，否则输出低电平；若 q rgl> qref则检测信号 s2输出高电平，否则输出低电平；将信号 s1与 s2相乘，得到短路检测信号 s3，若 s3为高电平则输出短路信号，否则为正常工作。

5、进一步的，通过实验分别测量sic mosfet在正常工作、hsf、ful情况下的电荷量情况，结合米勒电压以及栅极驱动电压 vd，确定所述参考电压 vref与所述参考电荷 qref的设置范围，具体步骤包括：

6、第一组实验：使sic mosfet工作在正常工况下，记录sic mosfet栅极电压到达 vmiller1、 vmiller2、 vd的时刻分别为 t 2、 t4和 t6，并测得 t2、 t4和 t6时刻驱动电阻的电荷分别为 q1、 q4和 q5，以此确定三个坐标（ q1， vmiller1）、（ q4、 vmiller2）、（ q5、 vd）；其中， vmiller1为米勒电压平台开始时的米勒电压， vmiller2为米勒电压平台结束时的米勒电压；

7、第二组实验：使sic mosfet工作在hsf工况下，记录sic mosfet栅极电压到达 vd时的时刻为 t'3，并测得 t'3时刻驱动电阻的电荷为 q3，以此确定坐标（ q3、 vd）；

8、第三组实验：使sic mosfet工作在ful工况下，记录sic mosfet发生ful后，驱动电阻的电荷最终的值 q2；

9、根据三组实验结果得到所述范围为：四个坐标（ q1， vmiller1）、（ q4、 vmiller2）、（ q3、 vd）、（ q5、 vd）所包围的四边形中，取驱动电阻的电荷大于 q2的部分。

10、有益效果：现有技术通过检测栅极电荷量来识别硬开关短路故障（hsf）的方法，依靠sic mosfet开通过程中的米勒平台，而负载短路故障（ful）发生时sic mosfet已经完全开通，因此无法检测ful。本方法为一种通过检测流经驱动电阻上电荷量的变化趋势来检测ful的方法，将工作时流经sic mosfet驱动电阻上的电荷量和sic mosfet的栅极电压与设定检测参考点的参考电荷 qref与参考电压 vref进行比较大小，输出比较信号，经逻辑处理判断是否发生短路。本发明能够弥补传统栅极电荷检测法不能检测ful的缺陷，能保证在快速响应hsf的同时，以较快的速度检测ful，没有监测盲区，无需设置消隐时间。且由于本发明的监测装置设在驱动回路之中，不会对主功率回路造成影响。

技术特征：

1. 基于sic mosfet栅极驱动电阻电荷检测的短路检测方法，其特征在于，包括：

2. 根据权利要求1所述的短路检测方法，其特征在于，通过实验分别测量sic mosfet在正常工作、hsf、ful情况下的电荷量情况，结合米勒电压以及栅极驱动电压vd，确定所述参考电压vref与所述参考电荷qref的设置范围，具体步骤包括：

技术总结本发明公开了一种基于SiC MOSFET栅极驱动电阻电荷检测的短路检测方法，为一种通过检测流经驱动电阻上电荷量的变化趋势来检测FUL的方法，将工作时流经SiC MOSFET驱动电阻上的电荷量和SiC MOSFET的栅极电压与设定检测参考点的参考电荷Q<subgt;ref</subgt;与参考电压V<subgt;ref</subgt;进行比较大小，输出比较信号，经逻辑处理判断是否发生短路。本方法能够弥补传统栅极电荷检测法不能检测FUL的缺陷，能保证在快速响应HSF的同时，以较快的速度检测FUL，没有监测盲区，无需设置消隐时间。且由于本发明的监测装置设在驱动回路之中，不会对主功率回路造成影响。技术研发人员：张雷,杨素素,任磊,姚志远,郭润东,郑一专受保护的技术使用者：南通大学技术研发日：技术公布日：2024/12/12