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...     

基于开关瞬态反馈的SiC MOSFET有源驱动电路

受内部寄生参数与结电容的影响,碳化硅(SiC)功率器件在高速开关过程中存在极大的电流电压过冲与高频开关振荡,严重影响了SiC基变换器的运行可靠性。因此,该文首先对SiC MOSFET开关特性进行深入分析,揭示栅极电流与电流电压过冲的数学关系;然后提出一种变栅极电流的新型有源驱动电路;通过对SiC MOSFET开关瞬态的漏极电流变化率d I_d/dt、漏-源极电压变换率d V_ds/dt以及栅极电压V_gs的直接检测与反馈,在开关过程的电流和电压上升阶段对栅极电流进行主动调节,抑制电流电压过冲与振荡;最后在多个工况下对本文所提方案进行实验验证。结果表明,与常规驱动方案相比,该文方法减小了30%～50%的电流电压过冲,有效抑制振荡与电磁干扰,提高了SiC MOSFET变换器的运行可靠性。     

提升桥式电路中SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应管(siliconcarbide metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor, SiC MOSFET)以其低开关损耗、高工作频率、高开关速度等优点越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。然而,电路中寄生电感的存在、过高的开关频率和速度,会使得SiC MOSFET在关断瞬态产生漏极电压尖峰和振荡,严重情况下可造成雪崩击穿;并且加剧栅极电压的串扰(crosstalk)现象。上述问题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高频电磁干扰问题。为此,文中首先分析SiC MOSFET关断过程瞬态电压尖峰和振荡以及串扰的形成机理,并在此基础上提出一种基于dv/dt检测的提升SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路。该驱动电路通过检测关断过程中漏极电压上升的斜率,在漏极电流下降阶段抬升栅极电压,从而抑制漏极电压尖峰和振荡;在串扰发生阶段构造低阻抗回路来有效抑制栅极的串扰尖峰。实验结果表明,所提有源驱动电路不仅能够有效抑制SiC MOSFET关断过程漏极电压的尖峰和高频振荡,而且能够有效抑制栅...     

基于开关轨迹优化的SiC MOSFET有源驱动电路研究综述

随着SiC MOSFET的推广,其开关暂态过程中的超调、振荡以及电磁干扰问题越来越受到人们的重视。有源栅极驱动（AGD）电路作为一种新型驱动电路,已被广泛应用于SiC MOSFET开关轨迹的优化控制。首先,该文分析AGD电路的工作原理,给出不同驱动参数对开关特性的影响;其次,着重探讨阈值触发型AGD电路的工作模式,分别从暂态定位技术、逻辑处理架构和功率放大拓扑三方面对AGD电路进行归纳总结,并评价不同技术的优缺点,给出AGD电路设计的建议流程;最后,展望基于SiC MOSFET开关轨迹优化的AGD电路的发展趋势。     

SiC MOSFET开关特性及驱动电路的设计

与硅(Si)功率器件相比,碳化硅(SiC)功率器件的掺杂浓度更高,禁带更宽,在高电压下导通阻抗更小,因此应用于大功率场合可以提高开关频率,减小变换器体积重量。根据SiC MOSFET的开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,采用双脉冲电路对其开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同阻值驱动电阻对SiC MOSFET模块开关时间和开关损耗的影响。     

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。     

一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/SiHyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/SiHyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/SiHyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。     

一种新颖的MOSFET驱动电路

列出了几种常用的功率MOSFET驱动电路,在说明其共同不足的同时,详细分析了电荷泵电路的工作原理,阐明了其在MOSFET驱动电路中的应用。实验结果表明,电荷泵电路非常适合MOSFET的驱动电路。     

有源钳位准谐振变换器的一种简单驱动电路

提出了有源钳位准谐振变换器的一种新的驱动方式,它无需经过数字电路延时,只需一个电阻和二极管构成的小网络。新的驱动方法简单易用,简化了设计,降低了成本。实验结果表明新方案有效。     

SiC MOSFET在双向无线充电应用中的开关性能及效率优化研究

SiC MOSFET器件具备开关频率高、损耗小、耐高温等特性,应用于无线充电中可以显著提升其功率密度及效率。但在无线充电变换器的控制中很容易出现硬开通、硬关断的情况,这会产生额外的开关损耗。同时,在电磁环境和寄生参数的影响下,开关管门级容易因电压过冲、振荡导致加速老化或损坏。基于上述原因对双向无线充电系统中的开关特性、开关损耗及影响开关可靠性的因素进行分析及仿真验证,最后通过对搭建的双向无线系统样机在满功率和半功率点进行不同驱动参数的对比实验,得出了驱动参数对系统传输效率及门级波形的变化趋势,对双向无线充电系统中SiC MOSFET的应用和效率优化具有一定参考依据。     

基于动态栅电阻的SiC MOSFET驱动电路设计

SiC MOSFET以其开关速度快、开关损耗小、热导率高等特点逐渐成为高功率密度电力电子应用场合的新宠,但是较快的开关速度导致器件开关应力以及振荡严重.提出了一种基于动态栅电阻的SiC MOSFET驱动电路,其可以动态地通过调整栅极电阻来优化SiC MOSFET的开关特性,有效地解决了传统驱动电路不能兼顾损耗与开关应力...     

一种桥式拓扑结构下MOSFET高速驱动电路

针对桥式拓扑中MOSFET因栅极驱动信号振荡产生的桥臂直通问题,分析了振荡与驱动电路各参数之间的关系,并设计了一种驱动电路。该电路结构简单、工作频率高、延迟时间小、抗干扰能力强,因而非常适用于高频感应加热电源。理论分析和实验结果表明,经过改进的驱动电路解决了驱动信号振荡问题,从而保证了MOSFET在高速应用场合的可靠运行。所设计的电路已应用于530kHz/2.5kW感应加热电源,实验波形证明了其合理性和有效性。     

一种新型SiC MOSFET驱动电路的设计

与传统硅基器件相比,碳化硅(SiC)器件的开关速度得到大幅改善,提高了变换器的功率密度与效率。然而过大的开关频率引起更为严重的栅极串扰问题,造成器件失效。分析了SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的开关过程与串扰产生原理,详述其设计过程,分析了外并电容的抑制串扰驱动电路,最后设计出一种带有信号隔离功能的可抑制栅极串扰的负压驱动电路。实验结果表明,所设计的SiC MOSFET驱动电路的驱动波形高低电平分明,而且有效抑制了栅极串扰问题,大幅减小器件的开关延时时间,降低了开关损耗。     

SiC MOSFET模块结温监测研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应管SiC MOSFET(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect tra-nsistor)以其优异的材料特性成为一种很有前景的高功率密度和高效率器件,而结温是其设计和工作的一个重要参数,也是健康状态的重要指标.为了状态监控的...     

一种有源箝位同步整流驱动电路的研究

介绍了一种适用于有源箝位同步整流的驱动电路,它适用于输出电压和功率密度较高的场合.该驱动电路通过对同步整流管栅-源电压进行正反向箝位限压,大大减小了同步整流管栅-源极间的应力,并进一步降低了同步整流管的驱动损耗.详细分析了该电路的工作原理,并在原理样机上进行了实验验证,实验效果比较理想.     

一种提高SiC MOSFET在高开关速率下栅极电压稳定性的驱动电路

高开关速率且栅极电压稳定的驱动是SiC MOSFET高频工作、进而实现功率变换系统小型化和轻量化的关键技术之一.针对如何在高开关速率下稳定驱动SiC MOSFET,并实现可靠的短路保护,根据栅源电压干扰的传导特点,基于辅助器件的跨导增益构建负反馈控制回路,提出一种SiC MOSFET栅极驱动,进而研究揭示该驱动的短路保...     

一种SiC MOSFET快速短路保护电路研究

碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有工作频率高、耐温高、临界击穿场强高和寄生参数小等特点,广泛应用于高功率密度和高开关频率场合.首先总结分析了各种短路过流检测方法,然后基于分流器检测法设计了一款SiC MOSFET短路保护电路,最后简要分析其工作原理,并进行实验验证.实验结果表明,所设计的S...     

基于UIS测试的SiC MOSFET单脉冲雪崩特性分析

碳化硅(SiC)功率金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)以其优越的特性受到广泛关注,介绍了非箝位感性开关(UIS)测试原理,搭建雪崩耐量测试平台,分析SiC MOSFET的单脉冲雪崩特性.探究UIS单脉冲测试对器件雪崩特性的影响,测试SiC MOSFET经过多次单脉冲UIS冲击后的雪崩耐量.最后,对比分析不同感性负...     

一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路

随着SiC MOSFET开关频率的不断增加,逆变器桥臂串扰现象越发严重并易造成桥臂直通短路,这限制了SiC MOSFET开关频率的进一步提高。该文提出一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路,通过在栅源之间添加电容电感辅助谐振电路,能够在SiC MOSFET关断期间完成负压到零压的变化,同时不需要使用有源器件。当SiC MOSFET开通时,辅助电路让栅极电压从0.7V上升而非负压上升,相较于传统驱动电路,开关速度更快、开关损耗更低;而且同时具备抑制正向串扰和反向串扰的优点。该文分析电路的参数设置,并通过仿真和实验验证了该电路相对于传统驱动电路的优势。