基于开关电容的栅极驱动器，具备实时栅极-源极漏电流检测功能及间接键合线脱离监测功能

《IEEE Transactions on Power Electronics》：Switched-Capacitor-Based Gate Driver With Real-Time Gate–Source Leakage Current Detection and Indirect Bond Wire Liftoff Monitoring

自适应栅极驱动技术及其在SiC MOSFET中的应用研究，提出通过开关电容电路和数字电压分压实现自适应负电压控制，有效抑制桥腿互调干扰引起的正电压脉冲，同时利用电流镜技术实时监测栅源泄漏电流和寄生电感特性，测试表明可提升1kW逆变器开关性能并延长器件寿命。

　　

摘要：

本文介绍了一种SiC MOSFET栅极驱动器，该驱动器能够生成自适应的负电压波形，以减轻桥式电路中由于串扰引起的关断状态下的正电压脉冲。这种关断电压波形的尾部趋近于零，使其能够承受更高的负串扰电压脉冲。该驱动器还能实时测量栅源漏电流，从而监测SiC MOSFET的栅氧化层退化情况。通过负电压水平和栅源漏电流的变化，可以间接监测键合线的可靠性。自适应负电压是通过带有数字控制分压器的开关电容电路产生的，而栅源漏电流则通过电流镜进行测量，电流镜将漏电流复制到检测电阻上。这种方法避免了差分测量的需求，并提高了测量灵敏度。在电流镜上添加了旁路电路，以减少其对开关时间的影响。所提出的栅极驱动器已在1千瓦逆变器原型上进行了测试，评估了自适应栅极电压驱动以及栅源漏电流和源电感监测的可行性。此外，还对比了所提出的驱动器与传统栅极驱动器的开关性能。

引言

桥式电路（由两个串联连接的开关组成）广泛应用于现代电力电子系统中，从采用同步整流的低功率DC/DC转换器到高功率多电平系统都有应用。这些开关交替工作，并引入死时间以避免直通现象。根据桥式电路中点的电流方向，开关可以充当控制开关或同步开关。然而，由于开关内部存在寄生元件以及电路布局的原因，栅源电压会产生串扰。当控制开关导通时，同步开关的漏源电压会立即上升，这种变化会通过栅漏电容在同步开关的栅极产生位移电流。此外，当同步开关从导通状态切换到阻断状态时，其漏电流的突然减小会在由开关的源电感和印刷电路板上走线的电感形成的整个电路中产生负电压尖峰。当控制开关关断时，也会出现负杂散电压。