一种用于功率MOSFET的谐振栅极驱动电路

介绍了一种用于功率MOSFET的谐振栅极驱动电路。该电路通过循环储存在栅极电容中的能量来实现减少驱动功率损耗的目的 ,从而保证了此驱动电路可以在较高的频率下工作。通过实验 ,证明了这种电路的正确性和实用性     

GaN功率器件预驱动芯片设计与封装集成

氮化镓GaN(gallium nitride)功率器件因其出色的导通与开关特性,能够实现系统高频化与小型化,有效提升系统功率密度。但是,增强型GaN功率器件由于其栅极可靠性问题,使其在电源管理系统中无法直接替换传统硅基功率MOSFET器件。为此,提出一种预驱动芯片,通过片内集成LDO与电平移位结构,实现兼容12～15 V输入,并输出5 V信号对GaN功率器件的栅极进行有效与可靠控制,达到兼容传统硅基功率器件应用系统的要求。此外,通过多芯片合封技术,将预驱动芯片与GaN功率器件实现封装集成,降低了寄生电感,使其应用可靠性进一步提升。     

寄生电感对于功率MOSFET开关特性的影响

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。     

SiC功率模块开关特性测试研究

碳化硅(SiC)功率模块在开关时电压、电流变化率高,测试系统的寄生电感容易引起电压、电流振荡,使得开关特性的准确测试成为难题。这里通过研制低寄生电感的开关特性测试平台,结合不同封装的SiC功率模块,研究了栅极电阻、不同测试系统对开关性能的影响,测试系统寄生电感越大,需选用的栅极电阻越大,否则电压、电流的振荡影响开关特性测试;测试系统寄生电感越小,可选用的栅极电阻越小,其开关损耗越小。     

功率场效应管驱动电路的研究

探讨了功率场效用管（MOSFET）的栅极驱动问题，总结了三种在实际中很有应用价值的栅极驱动电路。     

半桥结构中的SiC MOSFET串扰电压建模研究

SiC MOSFET凭借着低开关损耗、高工作频率与高工作温度点等优点,逐渐在高效率、高功率密度与高温的应用场合取代传统的硅功率器件。然而,在高速开关中带来的栅极串扰现象严重制约SiC器件的开关速度。传统的串扰抑制方法重点关注由栅极–漏极寄生电容引入的干扰电压,往往通过减小驱动回路阻抗的方式来降低串扰电压。该文基于SiC MOSFET器件的开关模态,提出考虑共源电感的分段线性化串扰电压模型。该模型基于器件数据手册及双脉冲实验提取的参数,考虑栅极–漏极电容、共源电感、体二极管反向恢复等非理想因素的影响。对比不同电压点、电流点与电阻值下实验与模型的输出结果。该模型表明,串扰电压是由器件栅极–漏极电容、共源电感与驱动回路阻抗共同作用的结果。单一降低驱动回路阻抗的方式对串扰电压的抑制效果有限。基于提出的模型,该文给出串扰电压抑制的指导方法,可直接用于SiC MOSFET驱动电路的设计。     

同步整流驱动电路的研究

介绍一种信号的传递方式,即通过功率变压器来传递同步整流的驱动信号,而该信号却不会干扰功率的传递。同时在2～3ns的延时里把栅极驱动信号也传递到次级的同步整流管上。功率绕组和信号绕组都放在一块PCB上以减少生产成本和提高功率密度。     

基于干扰动态响应机理的SiC MOSFET驱动设计

目前碳化硅(SiC)MOSFET大多沿用Si MOSFET和IGBT的驱动设计方法.然而,由于SiC MOSFET相比Si器件具有更高的开关速度,因而栅极内阻、驱动回路电感和功率回路电感导致的栅源电压干扰情况也值得探索.该文分析栅源电压干扰产生的过程,进而归纳提炼出一种基于干扰动态响应机理的SiC MOSFET驱动参数标幺化设计方法.从开关结电容的等效电路出发,推导出功率回路和驱动回路的传递函数,基于驱动和功率双回路传递函数,研究揭示栅源电压的干扰动态响应机理.进而,引入标幺化的参数表达形式,以标准量化驱动参数对于栅源电压干扰传导路径的影响,提出基于干扰动态响应机理的SiC MOSFET驱动设计原则.最后,搭建双脉冲实验平台,验证该驱动设计原则的合理性.     

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...     

绝缘栅双极晶体管IGBT特性与研发（二）

功率器件的不断发展，使得其驱动电路也在不断地发展，相继出现了许多专用的驱动集成电路。IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。图4为一典型的IGBT驱动电路原理示意     

一种双电感结构的LLC谐振型PFCAC-DC变换器

传统的AC-DC电源多采用二极管整流,由于大滤波电容和不控器件的存在,造成电路本身功率因数较低,且会对电网侧产生严重的谐波污染。一般方法多采用再级联一级功率因数校正(PFC)电路,来解决谐波污染和功率因数较低的问题,但由此增加了电路级数,增加了电路结构和控制的复杂度,降低了电路的效率。研究了一种基于双电感结构的具有PFC功能的LLC谐振型AC-DC变换电路,单级电路可以实现高功率因数能量变换,提高了电路传输效率。该电路不仅实现了传统LLC谐振变换,保证开关管以软开关方式工作,而且采用双电感结构的PFC电路,运用并联交错技术,较好地克服了电流断续型PFC电路输入电流谐波畸变较大的问题。对该电路拓扑进行了理论分析和仿真研究,实验验证了该电路拓扑的可行性。     

一种Boost型PFC变频控制电路的简单实现方案

提出了一种Boost型功率因数校正(PFC)电路变频控制的实现方法。利用V I变换和积分电路计算功率开关管的关断时间,保证电感始终处于临界导电模式,可获得接近1的功率因数。电路中无需模拟乘法器和电流检测环路,仅用电压单环反馈控制即可。     

新型单相并联混合电力滤波器的研究

本文针对LC无源滤波器和传统的电压源型并联混合电力滤波器的缺点,提出了一种新型的并联混合电力滤波器.它由纯调谐LC无源滤波器、附加电感和有源电力滤波器(APF)构成,APF控制成谐波电流源.从理论分析得到了APF的容量公式,并提出了附加电感的设计原则.仿真和实验结果证明了此方案的有效性和优越性.     

单相双重并联交错Boost PFC的实现

基于控制器L4981A和脉宽调制器SG3525A产生移相驱动信号，实现了一种单相双重并联交错Boost PFC电路，升压电感分别采用分立电感和耦合电感。仿真与试验结果表明，该PFC电路具有良好的校正效果。小的输入电流纹波，低的功率开关电应力，而且采用耦合电感时既可减小磁芯材料的体积，又可降低整个PFC功率部分的成本。     

Flexible dv/dt and di/dt control method for insulated gate power switches

Active gate control techniques are introduced in this paper for flexibly and independently controlling the dv/dt and di/dt of insulated gate power devices during hard-switching events. In the case of dv/dt control, the output voltage dv/dt can be controlled over a wide range by electronically adjusting the effective gate-to-drain (-collector) capacitance (i.e., Miller capacitance). For di/dt control, similar techniques are applied for electronically adjusting the output current di/dt over a wide range using voltage feedback from a small inductor connected in series with the switch's source (emitter) terminal. Both techniques are designed to maximize their compatibility with power module implementations that combine the power switch and its gate drive, including integrated circuit gate drives. Simulation and experimental results are included to verify the desirable performance characteristics of the presented dv/dt and di/dt control techniques.     

一种基于10kV配电网的新型短路限流器研究

配电网容量增大和非线性负荷的增加致使短路电流的增大、电能质量的变差,传统的固态短路限流器性能已满足不了电网运行的要求.提出了一种主要由限流电感与并联在电感两端的背靠背系统组成的新型短路限流器,分析了新型短路限流器的拓扑结构及其控制策略,通过搭建仿真模型进行仿真分析,证明该方法可以对电网中任意的短路故障进行操作,且可以改善电网的电能质量.     

新型两电平单相功率因数校正器的研究

在传统单相功率因数校正器（PFC）中,当IGBT导通时,升压电感输出端对地之间电压接近零,单相电源交流通过电感短路,电感电流上升而储能。当IGBT关断时,电感续流,向电解电容释放能量。通过控制IGBT的占空比规律,获得网侧单位功率因数和稳定直流输出电压。因此提出一种当IGBT导通时,升压电感输出端对地之间电压为负电压的两电平PFC方案,进而提出一种两级交错PFC、一种单相有源电力滤波器和一种升降压AC-DC变换器方案。由于采用负电压短路,可以减少交越失真,获得更好的功率因数校正效果。在简要理论分析的基础上,利用MATLAB/IMULINK进行了仿真分析,所得结果验证了所提方案的正确性。     

Series resonant ZCS‐PFM DC‐DC power converter with high‐frequency high‐voltage transformer link for high‐power magnetron drive

This paper presents a single lossless inductive snubber‐assisted ZCS‐PFM series resonant DC‐DC power converter with a high‐frequency high‐voltage transformer link for industrial‐use high‐power magnetron drive. The current flowing through the active power switches rises gradually at a turned‐on transient state with the aid of a single lossless snubber inductor, and ZCS turn‐on commutation based on overlapping current can be achieved via the wide range pulse frequency modulation control scheme. The high‐frequency high‐voltage transformer primary side resonant current always becomes continuous operation mode, by electromagnetic loose coupling design of the high‐frequency high‐voltage transformer and the magnetizing inductance of the high‐frequency high‐voltage transformer. As a result, this high‐voltage power converter circuit for the magnetron can achieve a complete zero current soft switching under the condition of broad width gate voltage signals. Furthermore, this high‐voltage DC‐DC power converter circuit can regulate the output power from zero to full over audible frequency range via the two resonant frequency circuit design. Its operating performances are evaluated and discussed on the basis of the power loss analysis simulation and the experimental results from a practical point of view. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(3): 79–87, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20126     

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法.对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制.导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用.根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法.相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗.利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证.计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能.     

反激型开关电源的软缓冲技术

提出一种有别于RC缓冲电路的软缓冲电路新技术,它结合电流型PWM控制,利用反激型变换器中的耦合电感器与外加小容量电容器构成LC谐振电路,能以高性从比完成关断感性负载的暂态缓冲,并能消除二极管的反向恢复不良特性。对此电路进行的分析、计算机仿真与实验测试结果都表明该技术可行。