[发明专利]一种碳化硅器件短路保护电路及方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅器件短路保护电路及方法。所述方法包括：检测碳化硅器件运作时的第一实时栅极电压；若所述第一实时栅极电压大于所述第一电压阈值，则输出第一故障信号；检测碳化硅器件运作时的第二实时栅极电压；若所述第二实时栅极电压大于所述第二电压阈值，则输出第二故障信号；若连续检测到所述第一故障信号和所述第二故障信号，则判定所述碳化硅器件发生短路。所述电路包括驱动信号控制单元、第一控制器、比较器、逻辑处理单元、第二信号隔离单元和电压阈值控制单元。响应速度快，通用性强，降低成本。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种碳化硅器件短路保护电路及方法。

背景技术

随着半导体工艺技术不断改进，Si(硅)器件性能已经趋向其材料本身的理论极限，使得功率密度的增长出现了饱和趋势，其发展速度已无法满足市场的高性能要求。随着以SiC(碳化硅)为代表的宽禁带半导体材料制备、制造工艺与器件物理的迅速发展，SiC电力电子器件逐渐成为功率半导体器件的重要发展对象。

由于SiC的过流能力较差，随之而来技术难点的就是SiC器件的短路保护方法，既要在既定时间内保证SiC器件可靠关断，又要防止受到干扰误报故障，目前市场主要采用以下两种方案：

通过串电阻或串二极管进行检测；串电阻检测方式主要用于Si器件的短路保护，在SiC领域也有一定应用，但是由于SiC要求的短路保护时间较短，检测电路中需求的RC取值较低，在整机运行时容易受到干扰导致误报故障，影响系统的可靠运行；

通过镜像电流检测；市场上的部分SiC器件在模块中引出镜像电流检测端，用于对器件进行过流检测保护，防止过流损坏器件，但由于额外加入检测端，对于器件工艺要求增加，以及区别于传统的封装，驱动设计上需要重新匹配不同的检测电路，复杂程度升高，通用性差。

发明内容

本发明的目的是为了弥补上述现有技术中的至少一项不足，提出一种碳化硅器件短路保护电路及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碳化硅器件短路保护方法，包括：

S1、输入驱动信号到碳化硅器件的栅极以控制所述碳化硅器件的开通或关断；

S2、在所述碳化硅器件的栅极电压从开通阈值开始到开通出现米勒平台的第一阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第一实时栅极电压；

S3、将所述第一实时栅极电压与所述碳化硅器件正常开通或关断的栅极电压的第一电压阈值进行比较，若所述第一实时栅极电压大于所述第一电压阈值，则输出第一故障信号；

S4、在所述碳化硅器件的栅极电压的米勒平台从开始到结束的第二阶段，检测所述碳化硅器件运作时的第二实时栅极电压；

S5、将所述第二实时栅极电压与第二电压阈值进行比较，若所述第二实时栅极电压大于所述第二电压阈值，则输出第二故障信号；所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值；

S6、若连续检测到所述第一故障信号和所述第二故障信号，则判定所述碳化硅器件发生短路，停止给所述碳化硅器件的栅极输入驱动信号。

在一些优选的实施方式中，对短路的响应时间在500ns以内。

一种碳化硅器件短路保护电路，包括驱动信号控制单元、第一控制器、比较器、逻辑处理单元、第二信号隔离单元和电压阈值控制单元；

所述驱动信号控制单元的一端用于输入PWM信号，另一端与碳化硅器件的栅极连接，以控制所述碳化硅器件的开通或关断；

所述第一控制器的第二管脚与所述驱动信号控制单元连接，以检测所述碳化硅器件的栅极电压信号，所述第一控制器的第三管脚与所述比较器的第一输入管脚连接；