[发明专利]一种SiC MOSFET IPM快速短路保护电路

说明书

本发明公开了一种SiC MOSFET IPM快速短路保护电路，包括由6个SiC MOSFET组成的三相桥式功率单元，三相桥式功率单元中的每个SiC MOSFET的源极以及每相交流输出端均串联有1个分流器，记为分流器RS1‑RS9，每相交流输出端的3个分流器用以检测负载短路故障，每个SiC MOSFET的源极分流器用以检测硬开关短路故障。本发明解决了现有技术中存在的保护电路的消隐时间过长，造成SiC MOSFET IPM损坏的问题。

技术领域

本发明属于SiC MOSFET功率模块的短路保护技术领域，具体涉及一种SiC MOSFETIPM快速短路保护电路。

背景技术

SiC MOSFET作为新一代功率半导体器件，具有高阻断电压、低损耗和快速开关的特性，其智能功率模块将功率芯片、续流二极管芯片以及各种驱动保护电路封装在同一绝缘模块之中，在内部集成了逻辑、控制、检测、保护电路、温度传感器、电流传感器等功能模块，并可将检测信号送到CPU或DSP进行处理。随着科技的发展，SiC MOSFET IPM在家用电器，变频器，电力机车，智能电网等各个领域获得广泛的应用。由于中大功率SiC MOSFETIPM通常工作在高电压大电流的恶劣环境之下，在实际运行中常常会发生过流故障，SiCMOSFET过电流分为过载过流和短路过流，过载过流在短时间内不会对SiC MOSFET IPM的正常运行产生太大影响，但当发生短路过流时，SiC MOSFET的短路耐受时间仅为3μs，比IGBT的10μs还短，因此为了保证SiC MOSFET IPM的正常运行，当发生短路、过流、过温或欠压时，SiC MOSFET IPM模块必须有纳秒级别快速检测短路时间，然后迅速进行保护。

传统的短路电流检测发法有漏-源极饱和电压检测法和漏极电流变化率di/dt检测法。漏-源极饱和电压检测法不需电流传感器件，只需简单的二极管和比较电路，成本低，但它在保护电路中存在消隐电路，造成了1-2μs的检测盲区不能检测到过流，这严重威胁着SiC MOSFET IPM的安全使用。漏极电流变化率di/dt检测法可以解决盲区问题，但中大功率SiC MOSFET的LsS比较小，其值也难以确认。同时，由于IPM中没有辅助功率源极s，不存在LsS，因此di/dt检测法无法应用到SiC MOSFET IPM检测保护电路中。本发明设计了DBC(direct bond coppe)底板集成分流器的大功率IPM新拓扑，使用ANSYS Q3D软件提取模块参数和分流器寄生参数，再使用ANSYS MAXWELL软件模拟分流器随频率变化对应的电阻和电感变化，建立等效电路模型，最后通过电流ID检测模块实现SiC MOSFET IPM负载过流和短路过流快速无盲区检测和保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiC MOSFET IPM快速短路保护电路，解决了现有技术中存在的保护电路的消隐时间过长，造成SiC MOSFET IPM损坏的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种SiC MOSFET IPM快速短路保护电路，包括由6个SiC MOSFET组成的三相桥式功率单元，三相桥式功率单元中的每个SiC MOSFET的源极以及每相交流输出端均串联有1个分流器，记为分流器RS1-RS9，每相交流输出端的3个分流器用以检测负载短路故障，每个SiC MOSFET的源极分流器用以检测硬开关短路故障。

本发明的特点还在于，

三相桥式功率单元的输出端与输入端之间还依次设置有滤波补偿电路、放大电路、比较电路、隔离电路和驱动电路，当检测到短路故障时，采集电压迅速增大，经过滤波补偿电路和放大电路后与阈值电压进行比较，得到的驱动信号通过隔离电路传给驱动电路，使驱动电路关断故障支路所属的SiC MOSFET，快速保护SiC MOSFET IPM模块。

分流器RS1-RS9均为0.333毫欧、9W的分流器。