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

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。     

有源箝位抑制IGBT浪涌电压的研究

提出采用有源箝位抑制IGBT关断浪涌电压的方法.IGBT集电极和门极间采用瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor,简称TVs)构成有源箱位电路,并根据IGBT耐压值和直流母线电压选择箱位电压值.当关断IGBT时,浪涌电压击穿TVs并箱位集射极电压,同时升高IGBT门极电压,减缓IGBT关断,抑制浪涌电压.在1.5 MW风电变流器上进行了相关实验,实验结果验证了该方法的有效性,并在成本、体积和可靠性等方面有一定的优势.     

MOSFET开关过程的研究及米勒平台振荡的抑制

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。     

Boost变流器门极驱动电路的EMI发射及抑制

为了研究Boost变流器中MOSFET门极驱动电路的电磁干扰(EMI)发射特性,通过测试将Boost变流器门极信号的EMI发射与整机EMI发射分离。分离的测试结果表明门极电路自身也会引起过量的EMI发射,是重要的EMI噪声源。论文还分析了门极驱动电压信号过冲的形成原理和由此带来的EMI问题,提出了一种通过消除门极驱动信号电压过冲的方法来抑制过度的EMI发射。仿真分析和实验测试结果证实了这种EMI抑制方法是切实有效的。     

基于MOSFET的串联谐振双有源桥死区振荡机理分析及抑制

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。     

改善SiC MOSFET开关特性的有源驱动电路研究

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.     

一种改进SiC MOSFET开关性能的有源驱动电路

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。     

基于SiC MOSFET直流固态断路器关断初期电压尖峰抑制方法

针对碳化硅金属氧化物场效应晶体管(SiC MOSFET)直流固态断路器关断速度快、关断初期易产生较大电压尖峰及振荡问题,提出一种抑制方法。首先,建立SiC MOSFET等效电路模型,分析其不同寄生电感对固态断路器关断初期电压波形的影响。其次,利用不同电压等级金属氧化物压敏电阻(MOV)吸收能量不同的思想,提出并联MOV作为缓冲电路来抑制断路器关断初期电压尖峰的方法,在分析其工作原理和抑制效果的基础上,提出了选择缓冲MOV额定电压的依据。最后,搭建了基于SiC MOSFET直流断路器实验平台,对不同寄生电感、不同器件下的开断特性进行了比较,并对所提方法的有效性进行了验证。结果表明,相比Si IGBT固态断路器,SiC MOSFET固态断路器具有更为严重的电压尖峰和振荡问题,且随着寄生电感的增加越来越严重,所提出的方法可有效抑制其电压尖峰并减弱振荡。     

混合IGBT模块开通振荡影响因素分析及抑制

首先就门极驱动对开通振荡的影响因素进行分析和研究,使用了不同的门极驱动电压和门极充电电流进行混合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的开关测试,发现仅改变门极驱动参数不能明显减小开通振荡的持续时间。在此基础上进一步提出了一种用阻尼电路抑制开通振荡的方法。通过理论分析和实验验证了阻尼电路可以有效地加快开通振荡的衰减,同时不会使开通电流过冲和损耗明显增加。结合阻尼电路和有源驱动方法可以令使用混合IGBT模块的系统获得更好的电磁兼容性能。     

IGBT有源门极前馈控制方法的研究

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。     

基于栅极驱动回路的SiC MOSFET开关行为调控

碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)与硅绝缘栅双极型晶体管相比,具有更低的开关损耗,更快的开关速度。但是,其高速开关过程对寄生参数非常敏感,容易激发高频振荡和过冲,给器件和电力电子装置的高效、安全运行带来不利影响。针对栅极驱动回路对器件开关行为的作用机理,基于电感钳位双脉冲测试电路,分析了SiC MOSFET开关过程的电路模型,并利用其数学模型分析了SiC MOSFET开关行为的典型特征,分析了不同栅极电阻、栅源电容、栅极驱动电压对开关行为的调控规律。分析发现,这些调控方法在抑制振荡和过冲的同时,会降低器件的响应速度,增加开关损耗。实验结果验证了模型与分析的正确性和有效性,可为SiC MOSFET的应用研究提供有益的支撑。     

一种改善瞬变电磁发射电流波形的系统设计

为了减小瞬变电磁发射机发射电流的关断时间,保证发射电流关断沿的线性度,抑制关断后电流过冲,简化钳位电压电路,设计了一种简便的瞬变电磁发射系统。提出了一种利用TVS管和电容相结合的恒压钳位电路并采用传统的在负载两端并联匹配电阻的吸收方式。通过调节TVS管的稳压值,可以调节关断时间和关断沿斜率;选择直接在负载两端匹配合适电阻,保证了关断前期处于欠阻尼状态,关断后期处于临界阻尼状态,在快速关断的前提下,有效防止关断后电流过冲,达到了改善发射电流波形的目的。实验结果表明,该系统电路结构简单、稳定、易于实现,在短关断延时、关断沿线性化和关断后无过冲方面,得到明显改善。     

IGBT串联阀吸收电路的研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT综合了GTR和MOSFET的优点,近年来得到了广泛的应用,但是受限于耐压等级,单个IGBT高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。在串联使用中为了抑制器件关断过程中产生浪涌过冲,仍然需要吸收电路进行保护。通过对比分析详细阐述了RCD吸收电路在IGBT串联中的使用优势,并给出了参数选取的原则,同时分析了RCD吸收电路对器件动、静态电压均压的影响,并通过实验予以了验证。     

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

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。     

桥式变换器中驱动电路的干扰分析及抑制

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3kW(15V/200A)开关电源上,给出了实验波形,效果令人满意。     

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

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。     

从GTO门极关断波形分析其关断能力

给出了多个ＧＴＯ元件关断时的电源，电压波形，并对其门极电源，电压波形进行了分析和比较。根据门极关断波形对ＧＴＯ关断性能的优劣进行了评估。     

一种抑制SiC MOSFET桥臂串扰的改进门极驱动设计

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。     

基于IGBT有源门极控制的EMI抑制方法研究

随着大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)广泛应用于电力电子装置,其产生的电磁干扰(EMI)问题成为研究热点。IGBT有源门极控制(ACC),该控制方法在关断瞬间获得不同的反馈增益,进而抑制关断电压尖峰。在此分析电路的工作原理、系统稳定性及门极电压波形,利用Saber仿真软件建立IGBT串联电路模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑寄生参数的情况下,仿真了IGBT在传统门极控制和AGC下的共模/差模(CM/DM)干扰。搭建实验平台,通过测试得到AGC下对系统产生的EMI抑制效果更好,对电力电子装置传导EMI的抑制分析具有重要意义。     

降栅压技术在MOSFET驱动中的应用

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。