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1.
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基于驱动电流动态调节的低过冲低损耗SiC MOSFET有源门极驱动
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《中国电机工程学报》,2020年第18期
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与硅基功率器件相比,碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET具有开关速度更快、导通损耗更低等优点,将越来越广泛的应用于高效高功率密度场合。但是,其开关特性对寄生参数非常敏感,在高速开关过程中极易产生瞬态电压电流尖峰和高频开关振荡,严重威胁Si C基变换器的可靠运行。针对这一问题,文中对SiC MOSFET的开关暂态过程进行深入分析,揭示门极驱动电流对开关过程电压电流过冲、振荡与开关损耗的影响机理。在此基础上,提出一种驱动电流分段动态调节的SiC MOSFET有源门极驱动电路,即根据开关过程不同阶段的状态反馈动态调整器件门极驱动电流。实验结果表明,所提出的方法能够在维持低开关损耗的同时,实现了对SiC MOSFET开关过程中电压电流过冲和高频振荡的有效抑制,提升SiC基电力电子装置的动态性能与运行可靠性。
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2.
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基于MOSFET的串联谐振双有源桥死区振荡机理分析及抑制
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胡钰杰 李子欣 赵聪 罗龙 李耀华《电工技术学报》,2022年第37卷第10期
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基于MOSFET的串联谐振双有源桥（DAB）变换器可同时实现所有功率器件的零电压开通（ZVS）和零电流关断（ZCS），具有效率高的优点，被广泛应用于电力电子变压器（PET）隔离DC-DC环节。然而，在采用隔离变压器的DAB中，由于MOSFET寄生电容的存在，在死区时间内器件寄生电容与隔离变压器漏感会产生高频振荡，增加了通态损耗。该文建立死区时间内串联谐振DAB的等效电路，分析死区时间内高频振荡电流幅值与关断时刻电流的数学关系。为抑制高频振荡，提出基于开关频率微调的振荡抑制方法。实验结果表明了理论分析的正确性和高频振荡抑制方法的有效性。
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3.
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三相直流/交流变换器中放电阻止型缓冲电路的研究
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凌昊明 崔国庆《电气自动化》,2021年第43卷第4期
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在以绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)作为开关器件的直流/交流(DC/AC)变换器中,为了保证处于高速开关下的IGBT在关断时不会被产生的关断过电压所击穿损毁,电路中需要增加缓冲电路.针对缓冲电路中电容器件端产生的最大瞬时电压及参数选取问题,通过对限幅钳位放电阻止型关断缓冲电路在三相电压型桥式DC/AC变换器中IGBT关断状态下工作模态的分析,从理论上对缓冲电容上产生的最大过冲电压进行推导.最后,通过搭建的仿真模型验证了对缓冲电容端过冲电压理论推导的正确性,为缓冲电路的参数选择提供了参考依据.
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4.
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改善SiC MOSFET开关性能的变电压有源驱动电路研究
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李先允 卢乙 倪喜军 王书征 张宇 唐昕杰《太阳能学报》,2022年第1期
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碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)开关过程中存在电流、电压过冲和振荡问题,这会产生额外的损耗,甚至造成器件损坏。文章提出一种用于SiC MOSFET的变电压有源驱动电路,能在开通电流上升和关断电流下降阶段改变器件驱动电压,从而抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡,实验结果表明,与传统驱动电路相比,所提出的变电压有源驱动电路,能有效抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡,最后将其应用于光伏变压器中,验证其实用性。
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5.
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驱动电压过冲对舵控系统传导EMI影响及抑制
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《南京师范大学学报》,2019年第4期
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无人机舵机控制系统广泛采用脉宽调制技术驱动电动舵机,其驱动电路为MOSFET构成的桥式逆变电路,工作中出现的门极驱动电压过冲现象,将影响整个舵控系统的传导EMI发射.针对这一问题,首先分析了驱动电压过冲机理及对系统的EMI影响,然后提出了在驱动电路电源端加电容来抑制电压过冲.最后,结合仿真和实验分析,证明了该措施抑制EMI噪声的有效性.
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6.
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抑制瞬态电压电流尖峰和振荡的电流注入型SiC MOSFET有源驱动方法研究
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《中国电机工程学报》,2019年第19期
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为了满足电力电子系统高频、高效和高功率密度的需求,碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。其开关过程中存在瞬态电压电流尖峰和高频振荡,不仅对半导体器件的安全运行构成威胁,而且会恶化电力电子变换器的电磁兼容性。该文针对SiCMOSFET开关过程中存在的瞬态电压电流尖峰和振荡的问题,分析SiCMOSFET开关过程及瞬态电压电流尖峰和振荡产生机理,并在此基础上提出一种电流注入型有源驱动电路。该有源驱动电路通过在SiCMOSFET开通过程的电流上升阶段向栅极注入反向电流,在关断过程的电流下降阶段向栅极注入正向电流,以达到抑制开关过程瞬态电压电流尖峰和振荡的目的。实验结果表明,提出的有源驱动电路能够有效抑制SiCMOSFET开关过程瞬态电压电流的尖峰和高频振荡,从而从源头上改善了电力电子变换器的电磁兼容。
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7.
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MOSFET开关过程的研究及米勒平台振荡的抑制
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刘长柱 王林军《电机与控制应用》,2019年第46卷第9期
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设计功率MOSFET驱动电路时需重点考虑寄生参数对电路的影响。米勒电容作为MOSFET器件的一项重要参数,在驱动电路的设计时需要重点关注。重点观察了MOSFET的开通和关断过程中栅极电压、漏源极电压和漏源极电流的变化过程,并分析了米勒电容、寄生电感等寄生参数对漏源极电压和漏源极电流的影响。分析了栅极电压在米勒平台附近产生振荡的原因,并提出了抑制措施,对功率MOSFET的驱动设计具有一定的指导意义。
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8.
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改善SiC MOSFET开关特性的有源驱动电路研究
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卢乙 李先允 王书征 何鸿天 周子涵《电气传动》,2021年第51卷第16期
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针对碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)开关过程中存在的电流、电压过冲和振荡问题,首先对SiC MOSFET的开关过程进行详细分析,得出电流、电压过冲和震荡的产生机理,然后根据影响过冲和振荡的关键因素,分别提出了电流注入型、变电压型和变电阻型有源驱动电路,并通过LTspice仿真软件验证了所提有源驱动电路的有效性,最后搭建实验平台对所提变电压型有源驱动电路进行实验验证.实验结果表明,所提变电压型有源驱动电路能够在牺牲较小开关损耗的条件下,有效抑制SiC MOSFET开关过程中的电流、电压过冲和振荡.
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9.
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GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析
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《天津工业大学学报》,2018年第5期
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为了解决GaN MOSFET门极驱动的高损耗问题,对比分析了传统驱动和谐振门极驱动电路,提出一种新型谐振门极驱动电路,通过建立数学模型、LTspice仿真分析以及实验验证所提出门极驱动电路的正确性.其基本原理为利用谐振原理在开关管关断过程中通过L将存储在C中的能量反馈到电源中,使能量得到有效利用,从而减小功率损耗.结果表明:GaN MOSFET开通和关断的时间分别为12 ns和16 ns,能够实现开关管的快速开断;新型谐振驱动电路的门极损耗比传统GaN MOSFET驱动电路的损耗减小了55.56%,比普通谐振驱动电路的门极损耗减小了35.66%.
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10.
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一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动设计
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李辉 黄樟坚 廖兴林 钟懿 王坤《电工技术学报》,2019年第2期
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由于传统驱动下碳化硅(SiC)MOSFET受高开关速度特性及寄生参数影响,桥臂串扰现象更加严重,而现有抑制串扰驱动电路又往往会增加开关损耗、开关延时和控制复杂程度,因此本文结合驱动阻抗控制与负压关断的串扰抑制方法,提出一种改进门极驱动电路。首先,阐述串扰现象产生原理及其典型抑制方法。其次,在负压关断前提下,基于控制辅助三极管开断,降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思想,提出一种在栅源极增加三极管串联电容新型辅助支路的改进驱动方法,并分析其工作原理,研究改进驱动电路关键参数设计原则。最后,搭建双脉冲测试实验平台,在不同驱动电阻、输入电压、负载电流条件下对改进驱动电路设计的有效性进行验证。结果表明,传统驱动下SiC MOSFET桥臂串扰现象明显。相比典型抑制串扰驱动电路,提出的驱动方法在有效抑制串扰同时,减小了开关损耗与开关延时。
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11.
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基于有源箝位的IGBT过电压抑制技术
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雷明 程善美 于孟春 申勇哲《变频器世界》,2012年第4期
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在介绍绝缘门极双极性晶体管(IGBT)在关断过程中产生过电压原理基础上,分析了传统的过电压抑制方法存在的问题,给出了一种基于有源箝位的IGBT过电压抑制策略。所给出的有源箝位电路由瞬态电压抑制器(TVS)构成,位于IGBT的集电极与门极之间。基于Saber的仿真结果证实了该策略可将IGBT关断时的过电压箝位在瞬态电压抑制器的设定值,能有效地减小IGBT关断时产生的过电压。
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12.
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一种改进SiC MOSFET开关性能的有源驱动电路
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《中国电机工程学报》,2020年第18期
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与硅金属氧化物半导体场效应管(silicon metal oxide semiconductor field effect transistor,SiMOSFET)相比,碳化硅(silicon carbide,SiC) MOSFET具有更高的击穿电压,更低的导通电阻,更快的开关速度和更高的工作温度,正被广泛应用于光伏逆变器、电动汽车和风力发电等领域,但是SiC MOSFET的高开关速度会导致器件开关过程中发生电流、电压过冲和振荡,不仅会增加器件的开关损耗,甚至会导致器件损坏。文中首先对SiC MOSFET的开关过程进行详细分析,得出器件开关过程中电流、电压过冲和振荡的产生机理,然后根据影响电流、电压过冲和振荡的关键因数,设计一款有源驱动电路。该电路能够在器件开关的特定阶段内同时增加驱动电阻阻值和减小栅极电流,从而抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡。实验结果表明,与传统驱动电路相比,所设计的有源驱动电路能够在不同驱动电阻、负载电流和SiC MOSFET条件下,均有效抑制器件的电流、电压过冲和振荡。
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13.
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寄生电感对于功率MOSFET开关特性的影响
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杨文杰《电机与控制应用》,2021年第48卷第12期
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分散在MOSFET栅极、源极、漏极的寄生电感由于封装以及印制电路板（PCB）走线，改变了MOSFET的开关特性。通过仿真分析对比，指出MOSFET寄生电感存在如下特性：源极电感对栅极驱动形成负反馈，导致开关速度变慢，采用开尔文连接，可以将栅极回路与功率回路解耦，提高驱动速度；在米勒效应发生时刻需要合理地降低栅极电感来降低栅极驱动电流；漏极电感通过米勒电容影响MOSFET的开通速度，在关断时刻导致电压应力增加；在并联的回路当中，非对称的布局将导致MOSFET之间的动态不均流；当MOSFET在开关过程中，环路电感与MOSFET自身的结电容产生振荡时，可以在电路增加吸收电容减小环路电感，改变振荡特性。
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14.
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一种可关断晶闸管(GTO)直接门极驱动电路的研究
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郭一军《化工自动化及仪表》,2008年第35卷第5期
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可关断晶闸管(GTO)要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度,且一般需要在整个导通期间施加正门极电流,关断需施加负门极电流,幅值和陡度要求更高.主要结合GTO门极驱动的要求,提出一种新型的直接门极驱动电路,这种新型门极驱动电路结构简单,电感值低,因此可以为GTO提供快速的门极脉冲.每个GTO门板驱动完全独立,一定数量的GTO就可以串联使用来适应高压需要.
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15.
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桥式电路中不同封装SiC MOSFET串扰问题分析及低栅极关断阻抗的驱动电路
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梁美 李艳 郑琼林 赵红雁《电工技术学报》,2017年第32卷第18期
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由于SiC MOSFET开关速度较快,使得桥式电路中串扰问题更加严重,这样不仅限制了SiC MOSFET开关速度的提升,也会降低电力电子装置的可靠性。针对SiC MOSFET的非开尔文结构封装和开尔文结构封装的串扰问题分别进行分析,栅漏极结电容的充放电电流和共源寄生电感电压均会引起处于关断状态开关管的栅源极电压变化。提出一种用于抑制串扰问题的驱动电路,该驱动电路具有栅极关断阻抗低、结构简单、易于控制的特点。分析该驱动电路的工作原理,提供主要参数的计算方法。最后通过实验测试了两种结构封装SiC MOSFET的串扰问题,并且对提出的驱动电路进行了实验,验证了其正确性以及对串扰问题的抑制效果。
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16.
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IGBT有源门极前馈控制方法的研究
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杜祥 陈权 胡存刚《电力电子技术》,2018年第7期
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为使绝缘栅双极型晶体管(IGBT)稳定高效工作,提出一种基于电流变化率和电压变化率电压反馈的门极驱动方法。在IGBT开通时,与电流变化率成正比的反馈电压反馈到门极;同样,在IGBT关断时,与电压变化率成正比的反馈电压反馈到门极,进而实现对门极电压的实时前馈控制。与传统的门极控制方法相比,开通过程中的电流过冲和关断过程中的电压过冲得到明显的抑制,同时降低了器件的损耗。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性与可行性。
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17.
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一种用于功率MOSFET的分段驱动电路设计
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王九山《电子器件》,2020年第43卷第5期
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为减弱栅极电压过冲振荡，避免功率管在导通和关断过程中对系统以及其他电路产生的电磁干扰，提出了一种新型功率管驱动电路。该电路通过逻辑信号的分段控制，使得被驱动功率管缓慢开启和关断，研究了传统功率驱动电路的模型与工作过程，分析了功率管导通损耗的来源，提出驱动电路的要求，详细阐述了所设计的驱动电路的工作原理与工作过程，整个驱动电路采用0.18μｍ工艺在平台Cadence Spectre仿真并通过PCB板测量实现。理论与仿真结果表明，该设计可以有效达到减弱功率管过冲与振荡的要求，保证系统的稳定。
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18.
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桥式变换器中驱动电路的干扰分析及抑制
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徐平凡 肖文勋 刘承香《电气传动》,2015年第45卷第5期
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首先分析了高频振荡信号的产生机理,针对桥式变换器中干扰信号导致上下桥臂的直通问题,设计了一种实用的MOSFET驱动电路,该电路能有效抑制干扰信号尖峰电压的幅值,从而降低了桥臂直通的风险.最后将该电路应用于3 kW(15 V/200 A)开关电源上,给出了实验波形,效果令人满意.
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19.
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基于谐振升压的超声波电动机驱动系统研究
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郄朝辉 金龙 徐志科 胡敏强《微特电机》,2011年第39卷第1期
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由于超声波电动机驱动的小型化要求,分析了一种利用谐振升压的驱动系统,通过MOSFET开通的占空比控制输出电压的幅值。通过MOSFET的开通和关断,利用电感进行储存和释放能量,使电路持续工作在谐振状态。为提高MOSFET的使用寿命,提高能量的利用效率,降低MOSFET的开通损耗,提出了一种ZVT(Zero-Voltage-Transition)技术,实现了MOSFET的零电压开通。
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20.
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降栅压技术在MOSFET驱动中的应用
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杨冬平 王莉 江登宇《电力系统及其自动化学报》,2010年第22卷第1期
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为在短路发生时有效保护金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effect transistor),在60V/10A固态功率控制器的驱动电路中,设计降栅压短路保护。通过与MOSFET反串的二极管检测短路故障,一旦发生短路,启动短路保护电路,快速降低MOSFET栅源极电压至其开启电压附近,以增大MOSFET漏源极电阻并使其可控,设计电容放电时间,即可按一定速度关断功率管。仿真和实验结果表明,降栅压短路保护技术能在短路发生时迅速关断MOSFET并在关断过程中起到限流、抑制di/dt、增强抗干扰的作用。
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