碳化硅功率器件在电力电子中的应用

从碳化硅(SiC)功率半导体器件的等效电路入手,分别讨论了碳化硅肖特基二极管(SiC SBD)与碳化硅结型场效应功率晶体管(SiC JFET)的稳态与暂态特性。分析并解决了碳化硅器件开通电压与驱动电压不匹配的问题,设计了一种SiC JEFT功率开关器件的驱动电路。实验结果表明,SiC新器件具有良好的开关特性,驱动电路可以有效驱动SiC JFET器件。     

高频开关型电源

金属氧化物半导体场效应晶体管在功率损耗中,较那些等效二极晶体管在频率20至60千赫时损耗小,并在低电压的阻力上场效应晶体管对反向的情况大致相等,此外,*参阅理查德·布莱拜奇(Ruchard Blanchard)和彼得·伯杰(Petor Berger)资料,场效应晶体管在开关式电源状态中,显示更容易经得起高电压尖脉冲(峰值电压普遍地超过最大调整输入电压1(1/2)到3倍)。结果在低电压中功率场效应晶体管能够使用于如开关元件,在通常较高频率时,开关型功率场效应晶体管较那些二极管的经济,如果频率增加,电容器和变压器尺     

测量设备中的电压跟随器

使用了电压跟随器,测量设备的技术性能将得到很大的改善。场效应晶体管跟随器的转移因数接近于1(0.999或更大),且具有很高的输入阻抗(几十到几百kMΩ)。本文主要介绍双极晶体管和场效应晶体管电压跟随器的基本电路。     

4500V碳化硅SBD和JFET功率模块的制备与测试

基于自主研制的碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)和碳化硅结型场效应晶体管(JFET)芯片,成功制备了4 500 V/150 A的碳化硅SBD功率模块和4 500 V/50 A的碳化硅JFET功率模块,并设计了JFET功率模块的驱动电路进行相应的静态和动态开关测试。测试结果表明,制备模块具备了相应的电流导通和电压阻断能力,同时开关特性良好,模块的容量是目前国内已报道的最高水平。     

AOC771S彩显开关电源原理与检修

该机的开关电源采用SANKEN(山肯)公司最新生产的STR6543D型厚膜电路,内部集成了基准电压源、精密放大器、振荡器和大功率场效应开关管,具有过流、过压、欠压保护,其外围电路简洁,电网电压适应范     

基于MOSFET串联的半桥LLC谐振电路设计

LLC谐振变换器基于软开关技术,具有开关损耗低、功率密度大、电压输入范围宽等优点。但在设计高电压直流输入的LLC谐振变换器时,受限于半导体工艺技术,开关管的最高工作电压无法满足电路要求。针对此问题,提出使用多个开关管串联来实现高压应用的目的。首先分析金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的工作特性,然后采用软开关技术和LLC谐振技术,设计基于4个MOSFET串联的半桥LLC谐振电路,最后搭建一台直流输入300 V、直流输出40 V、功率100 W的测试样机,以验证电路的可行性。     

在场效应晶体管电路中利用反馈减小输入电容

对于结型场效应晶体管.即便晶体管的输入电容为30pF也可设计成输入电容仅为0.4pF的电路。对于场效应晶体管,只有在输入电容保持最小值时,才能达到高输入阻抗和低噪声的性能。这可以用反馈的方法来实现,反馈的方法使我们能设计成输入电容仅为0.4pF的电路,尽管场效应晶体管本身的输入电容约为30pF。减小输入电容的根本理由是:在频率大于几赫时,输入阻抗大部分取决于晶体管的栅极电容。保持输入电容尽可能低的另一个理由是(尤其是宽频带放大器中):输入电容降低了频率响应。在图一所示的结型场效应晶体管等效电路中:电阻R_(gd)和R_(gs)表示由栅—漏结和栅—源结所形成的二极管的反偏电阻,电容C_(ga)和C_(gs)表     

一种高精度带隙基准电压源设计

在传统带隙基准产生原理的基础上,改变了利用运算放大器做反馈网络的稳定机制,引入与电源电压无关的电流源对整个基准电路进行反馈控制,克服了运放失调电压对基准电路精度的影响,提高了电路的电源电压抑制比(PSRR),基准电压的温度系数仅有9ppm/℃。结合电路的蒙特卡罗分析结果设计了电阻分压网络,熔丝和8选1控制器构成了Triming电路,实现了对基准电路进行单步0.006V的微调,最大调整范围可达0.065V,消除了生产过程中工艺偏差带来的影响,从另一个方面保证了基准电压的精度     

SiC MOSFET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)在高频、高压、大功率场合的研究和应用越来越多,能够提升变流器的效率和功率密度,而短路保护技术是SiC MOSFET驱动电路的关键,对变流器的安全可靠工作尤为重要。首先分析总结了SiC MOSFET短路保护电路的特点,结果表明基于检测漏源极电压的短路保护方法更易于工程实现。在此基础上,针对两种漏源极电压保护电路方案,研究了其参数设计方法,分析了不同故障条件下的延迟时间,并进行实验验证。仿真与实验结果表明,漏源极电压检测方法能对SiC MOSFET进行有效保护,采用比较器和基准电压的漏源极电压保护电路更易于设计,在应用中可靠性和稳定性较高。     

MOSFET串联在高输入电压反激变流器中的研究

分析了一种利用两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)串联提高开关器件组整体耐压以满足高输入电压小功率DC/DC应用要求的电路。电路中主开关管由控制芯片直接驱动,次开关管由相应的辅助电路进行浮地驱动,辅助电路同时还能对串联开关管进行有效的分压。结合准谐振反激DC/DC变换器对开关器件及辅助电路的开通、关断机理进行了详细分析,并对开关管分压问题进行了重点讨论,提出降低开关管电压应力的方案。最后用一台350～800 V输入、75 W输出的样机验证了理论分析的正确性,也表明此电路具有可靠性好,成本低,适用的输入电压范围宽等优点。     

用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器EI北大核心CSCD

准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求。该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构。在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据。传感器带宽范围为5Hz~260MHz,量程为-1000~+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性。     

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。     

SiC MOSFET开关特性及多等级栅电压驱动电路

针对新型宽禁带功率半导体器件碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),为了充分发挥其在高功率密度和高效率应用场合中的高速及低功耗特性,分析了SiC MOSFET的开关特性,提出了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的新型多等级栅电压驱动电路(MGD)。在SiC MOSFET开关不同阶段,通过调整栅极驱动电压以改善其开关特性。与传统驱动电路(CGD)相比,提出的MGD在相同门极驱动电阻与栅源极电容前提下,能有效提高开关速度,降低电压电流尖峰、降低开关损耗。最后通过双脉冲实验,分析了栅极驱动电阻,栅源极电容对开关特性的影响,验证了MGD在改善开关特性方面具有明显的优越性。     

开关式励磁调节器主回路研究

开关式励磁调节器主回路设计中需要考虑的两个主要问题是开关器件的尖峰电压和冲击电流。在分析了关断过程中产生尖峰电压的主要原因基础上,提出了开关式励磁调节器限制ＩＧＢＴ（绝缘栅双极型晶体管）关断时的尖峰过电压的有效方法,即直流发电机两端并联大容量电容和ＩＧＢＴ两端并联吸收网络,并根据开关状态下电路的近似分析证明了并联大电容以后的稳定性,另外分析了产生开通时冲击电流的原因,还给出了立回路缓冲网络参数确定     

AOC771S彩显开关电源原理与检修

该机的开关电源采用SANKEN（山肯）公司最新生产的STR6543D型厚膜电路,内部集成了基准电压源、精密放大器、振荡器和大功率场效应开关管,具有过流、过压、欠压保护,其外围电路简洁,电网电压适应范围宽（AC90-270V）。采用该电路的还有长城、联想等品牌的44cm（17英寸）纯平数控彩显,现根据实物绘出电路图见图1。本文将简介其工作原理及常见故障的排除。     

低干扰低损耗新型MOSFET三阶驱动电路

由于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)存在开关速度快、驱动容易等特点，故在变流电路中大量使用，但由此而产生的电磁干扰也越来越严重。驱动电路作为功率单元与控制电路的接口，其性能对电磁干扰的影响十分重要。该文在对MOSFET开关暂态过程进行详细地分析后，提出一种新的驱动电路，该驱动电路在不影响开关速度的情况下可以减小电磁干扰及开关损耗，而且该驱动电路与传统驱动电路相比仅需增加几个额外的低压器件，易于实现。文中最后给出了三阶驱动电路与其它几种不同驱动电路开通与关断时的电压电流波形及相应的传导发射。实验结果表明该驱动电路电磁干扰小，功率损耗低，开关速度快，无电压及电流的过冲现象，实现了驱动电路的优化。     

数字控制绝对分压

本文提出一种绝对分压原理。一个这种原理的分压器的分压比不决定于它的元件的数值,而仅仅取决于分压器网络的结构。因此,校验是不必要的。绝对分压是沿着分压器网络的所有位置周期性地转换网络元件得到的。在每一位置上,维持一个相等的时间间隔。这样一个动态分压器输出电压的平均值等效于一个具有同样网络结构、但元件的数值都相同的静态分压器。为了在实际上验证这一原理,已经做成了一个数字控制的电阻分压器。它是由通用电子元件组成的。如,5%偏差的碳膜电阻;用结型场效应晶体管作电子开关以及用数字集成电路来产生开关驱动信号。这个分压器的不精确度小于5×10~(-6),在0～40℃范围内温度系数小于5×10~(-8)/℃。可以期望,这台模型的性能还可作进一步的改进。     

大功率晶体秘开关辅助电路的设计

本文通过对大功率晶体管开关过程的分析，指出了开关过程中大功率晶体管产生电流尖峰和电压尖峰的原因。为减小晶体管的开关损耗，本文提出了一个开关辅助电路，使得晶体管大部分开关损耗转移到该电路，从而提高了晶体管运行的可靠性，并给出了该电路元件参数的计算方法。     

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。     

高性能可配置带隙基准源的设计

为满足高性能模拟及数模混合集成电路中多种基准电压的需求,设计了可配置,低温度系数和高电源抑制比的带隙基准电压源。通过逻辑电路控制,可配置电路使带隙基准源输出4种不同的参考电压;带隙基准源核心电路采用改进的Brokaw结构,输出电压为0.5 V。基于Chartered 0.18μm Mixed Signal 1P5M工艺模型,在电源电压1.8 V下,对设计的电路进行了仿真验证。仿真结果显示,可配置基准电压源可以实现4种不同的参考电压;在TT工艺角下,-40～125℃的温度范围内,基准源核心输出电压的温度系数达到9.2×10-6/℃;低频时,电源抑制比为107.2 dB,满足了设计指标要求。