基于桥式电路的氮化镓开关损耗测试

与传统硅基器件相比,氮化镓GaN(gallium nitride)功率器件具有更快的开关速度,更小的开关损耗并且无反向恢复损耗,这使得氮化镓器件在高频和高功率密度应用场合具有突出优势。高频工况下高精度测试方法是目前研究的热点,其中双脉冲测试DPT(double pulse test)电路是器件动态性能测量的常用方法。然而,该方法必须采用漏极电流探头进行采样,而同轴分流器电流探头极大地增加了回路寄生电感,这与氮化镓实际工况差距非常大,将影响开关特性和损耗测试的准确性。提出了一种适用于桥式氮化镓电路的新颖测试方法,该方法无需采用无感电阻即可测量氮化镓器件的开关损耗。搭建了基于氮化镓的降压变换器进行实验,验证了该方法的有效性。     

碳化硅器件的短路保护：设计准则和电路

为了保障碳化硅(silicon carbide,Si C)在发生短路故障时可安全可靠的关断,需在掌握其短路特性基本规律的前提下,针对Si C短路耐受时间较短、短路下器件漏源极电压拐点不明显等特征,展开去饱和保护电路(desaturation fault protection,DESAT)电路中关键参数的研究,并制定其工程化设计的参考标准。在此基础上,文中进一步提出基于氮化镓(galliumnitride,GaN)的高速、低传输延时的DESAT短路保护电路,短路保护电路的驱动动作延时仅为常规基于硅器件DESAT电路的23.2%。所提出的氮化镓DESAT电路为SiC MOSFET短路保护电路的更优越的实现方案。     

基于GaN器件的PFC设计

针对氮化镓GaN(gallium nitride)功率晶体管在AC-DC变换器当中的应用进行设计。首先,在了解GaN器件的基本特性后,通过LTspice仿真软件搭建了PFC电路,分析了GaN寄生参数对驱动电路的影响,得出的结果对PFC的PCB布局有明显的帮助,应尽量减小驱动器与GaN器件之间的距离,从而达到降低寄生电感的作用;然后,对高频Boost PFC电路进行了分析以及电感和电容的设计;最后,通过仿真验证了设计的正确性,并以UC3854为控制器搭建了1台2.5 kW 500 kHz的高功率密度PFC样机,测得的驱动波形稳定。     

一种适用于GaN器件的谐振驱动电路

针对氮化镓(GaN)器件,传统的驱动电路是电压源型驱动,在高频下充放电回路中的寄生电感会引起栅源电压振荡,超过GaN器件的栅源耐压值,损坏GaN器件。采用谐振驱动(RGD)电路是解决上述传统驱动存在的问题的有效途径之一,利用LC谐振,在GaN器件开通和关断时提供一条低阻抗箝位路径,减小栅源电压的振荡,提供一个稳定的栅源电压。详细分析了RGD电路的工作原理,同时设计制作了1 MHz的Boost变换器原理样机,并给出了实验结果。     

一种GaN功率器件驱动电路优化设计

针对GaN功率器件在应用的过程中可能出现误导通、电压尖峰与振铃、过电压、过电流等问题,通过简要分析GaN功率器件驱动回路、过电压、过电流故障问题出现原因,设计一种GaN功率器件独立拉灌输出、过电流分级保护栅极驱动电路.当GaN功率器件出现额定电流两倍以内的过电流现象时,可实现GaN功率器件快速关断;当GaN功率器件出现...     

抑制GaN变换器振铃的高频驱动电路设计

针对氮化镓(GaN)功率器件在高频应用中因寄生参数带来的输出电压振铃问题,这里研究了驱动电路寄生参数和栅极驱动阻抗匹配影响GaN变换器振荡的机理。从驱动电路优化设计出发,提出了抑制开关器件电压振铃的解决办法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

Cascode GaN高电子迁移率晶体管高频驱动电路及损耗分析

为了减小氮化镓驱动电路高频工作时的损耗,针对共栅共源氮化镓高电子迁移率晶体管(Cascode GaN HEMT)提出一种高频谐振驱动电路,采用储能元件替代传统驱动电路中的耗能元件,电感电流为GaN器件栅极电容充/放电,有源密勒钳位电路抑制桥臂串扰.该文重点研究高频谐振驱动电路的工作模态,对电路损耗进行详细分析,给出电感取值的选取原则,并利用PSIM软件对电路进行仿真.最终搭建实验平台对电路的性能进行测试.结果表明,电感为电容充/放电提供低阻抗通路,能有效减小GaN器件驱动电路的电压振荡,明显降低驱动电路的损耗.仿真和实验同时证明了所提出的电路具有较好的性能.     

基于GaN器件的固态射频电源应用研究

随着电力电子技术的发展,射频电源由电子管电源发展成现在的晶体管射频电源。氮化镓GaN(gallium nitride)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有宽禁带、高临界击穿场强、高电子饱和漂移速度以及高导通的AlGaN/GaN异质结二维电子气2DEG(two-dimensional electrons gas)等优点。GaN功率器件与硅(Si)功率器件相比,具有导通阻抗低,输入、输出电容小等特性,这些特性使得GaN功率器件高开关速度、低损耗。在E类功率射频电源的基础上,采用GaN功率器件设计制作了一款开关频率为4 MHz、功率可调的全固态射频电源实验样机。通过电路的设计和优化,样机的输出功率为21.4 W时,效率达到了96.7%;同时,采用专为射频电源生产的Si功率器件替换掉样机上的GaN器件,实验数据验证了GaN器件开关速度快、损耗低,可大幅度提高射频电源的效率。     

600 V耗尽型GaN功率器件栅极驱动方案设计

介绍了一种适用于600 V耗尽型氮化镓GaN(gallium nitride)器件的栅极驱动策略以及对应的驱动电路,并分析了采用耗尽型GaN功率器件的原因。驱动电路在功率管开启过程的2个阶段采用2种驱动强度的电流,在减小功率管开启过程中dv/dt的同时,保证功率管的开启速度。基于0.35μm BCD工艺对电路进行仿真验证,结果表明:在600 V输入电压的半桥驱动应用下,驱动电路在GaN功率器件阈值电压前提供700 mA驱动电流,达到阈值电压后提供190 mA稳定驱动电流,开关节点的dv/dt为150 V/ns,传输延迟加开启延迟为20 ns。     

宽禁带功率电子器件及其应用专辑特邀主编述评

正相较于传统的硅器件,基于宽禁带半导体材料的功率电子器件在很多方面都体现出了优越的性能,符合功率变换器高效率、高工作温度及高功率密度的发展需求。近几年来,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率器件的制造技术发展迅速,多家公司推出了系列商业化产品,宽禁带功率电子器件及其     

基于神经网络PSD算法的GaN器件变流器控制系统设计

伴随电力电子技术在环保节能、智能电网中的应用,高压大功率的电力电子设备得到大力推广。GaN器件变流器因其特殊的控制性能变成大功率、高压化控制的核心。设计了一种基于神经网络PSD算法的GaN器件变流器控制系统。当GaN器件变流器出现异常后,系统中故障信息采集模块能够高效采集GaN器件变流器异常信息并传输至自适应控制模块,自适应控制模块采用神经网络PSD算法,实现GaN器件变流器自适应控制。仿真结果表明：所设计系统对GaN器件变流器的功率、直流电流、环流以及电容电压可实现高精度控制,且该系统控制下交流器输出电压质量佳,相间短路、两相接地短路故障率得以降低,运行效率高。     

配电网反时限过电流保护优化整定方法

提出一种含分布式电源的配电网反时限过电流保护优化整定方法。以配电网主保护与后备保护的总动作时间最小为目标函数,考虑保护选择性要求等约束条件,建立保护优化整定的数学模型;通过设置动态参数并引入最优解权重改进和声搜索算法,提高算法收敛速度和获取全局最优解的能力。利用改进的和声搜索算法求解模型。优化整定参数基于配电网各故障点的短路电流获得,在计算短路电流时考虑分布式电源对短路电流的贡献,使优化整定结果适用于含分布式电源的配电网。对两相、三相短路故障分别进行保护离线优化整定,实时根据故障类型自动选择优化整定参数,克服保护易受故障类型影响的缺陷。仿真结果表明,所提方法可有效提高有源配电网反时限过电流保护的选择性和速动性。     

基于出线断路器速断的10kV馈线多级断路器跳闸保护简易整定方案

在部分地区的配电系统中,变电站10 kV出线断路器配置了无延时的电流速断保护,保护范围较长,造成与馈线分段、分支等断路器保护的不完全配合问题,越级跳闸现象使故障停电范围扩大,降低了人工依靠断路器分闸指示定位故障的效率,并且影响了保护配合的集中型馈线自动化(feeder automation,FA)定位故障准确率。针对这个实践问题,研究了一种新颖的馈线多级断路器跳闸保护方案,提出了过电流保护的简易整定方法,以及采用短路电流定值图的过流保护配合分析法,阐述了多级跳闸模式的故障处理过程,分析了断路器过流保护与用户分界断路器、跌落式熔断器的配合。该方案与现场实践紧密结合,具有针对性与指导意义,可以在类似实践场景中推广应用。     

基于双向磁反馈的过流保护电路设计

为解决航天器用DC/DC变换器过流保护问题,以双向磁反馈结构作为DC/DC变换器的反馈控制主架构,对常用的“打嗝”型过流保护电路和恒流型过流保护电路进行设计对比。为集合两者优点,在恒流型过流保护电路基础上提出了一种减流型过流保护电路。该电路在实现精确过流保护和具备带大容性负载能力的同时,有效降低了短路功耗,具有结构简单、易于实现等特点,适用于空间环境。详细分析了该电路的工作原理并进行实际应用,实测结果验证了该电路方案的有效性。     

分级可控型高压并联电抗器控制绕组的匝间保护

传统的分级可控型高压并联电抗器(以下简称分级可控高抗)保护装置,通过基于磁平衡的差动保护和控制绕组自产零序过流保护反映其控制绕组的匝间短路故障,存在着灵敏性低、速动性差和定值整定困难等不足。为此,文中提出了一种专用于分级可控高抗控制绕组匝间短路故障的保护新方法。它综合利用分级可控高抗的电压、网侧绕组电流和控制绕组电流等电气量,由差动保护检测元件、零序过流检测元件和区外异常检测元件共同构成,既能提高控制绕组匝间短路故障时保护的速动性、灵敏性和可靠性,又能简化保护定值整定。     

对IEC标准中高压熔断件保护电动机回路的理解及建议

IEC 标准考虑高压厂用电源为中性点接地系统, 8.2 条规定采用瞬时接地故障保护。但是我国高压厂用电源系统大多为不接地系统, 故可取消瞬时接地故障保护。关于电动机定子两相接地故障, IEC 标准按短路绝热过程和短路热稳定要求来选择电缆截面, 偏保守, 会增加投资。所以可取消反时限过电流保护, 改由热控保护装置切除故障电动机电源, 这样可选择较小的电缆截面。另外, 易过负荷电动机现有保护方式可以简化, 以利控制盘的设备布置。     

直流融冰系统保护配置与操作策略

基于电力电子整流技术的直流融冰装置,兼具直流融冰和静止无功补偿(staticvar compensation,SVC)功能,应用前景广阔。以复兴变电站直流融冰示范工程为例,对直流融冰系统的结构、特点进行了分析,提出了直流融冰系统的保护方案,包括:交流过流保护、交流欠压保护、阀短路保护、直流过流保护、直流欠压保护、直流断线保护、直流谐波保护以及桥电流不平衡保护,并给出了相应的操作策略。