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。     

碳化硅器件的短路保护：设计准则和电路

为了保障碳化硅(silicon carbide,Si C)在发生短路故障时可安全可靠的关断,需在掌握其短路特性基本规律的前提下,针对Si C短路耐受时间较短、短路下器件漏源极电压拐点不明显等特征,展开去饱和保护电路(desaturation fault protection,DESAT)电路中关键参数的研究,并制定其工程化设计的参考标准。在此基础上,文中进一步提出基于氮化镓(galliumnitride,GaN)的高速、低传输延时的DESAT短路保护电路,短路保护电路的驱动动作延时仅为常规基于硅器件DESAT电路的23.2%。所提出的氮化镓DESAT电路为SiC MOSFET短路保护电路的更优越的实现方案。     

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。     

SiC MOSFET短路检测与保护研究综述

随着宽禁带半导体器件的发展,SiC MOSFET被广泛应用于工业领域,其短路保护也越来越多地为人们所重视。本文首先对SiC MOSFET的短路类型进行讨论,给出不同短路类型下的主要电路波形;然后本文对近年来SiC MOSFET短路检测与保护方法进行概述,详细介绍去饱和检测法、电感检测法、门极电压检测法以及基于罗氏线圈的短路检测法的原理,归纳总结各种检测方案的优缺点;最后提出一种降栅压短路保护电路,实现了SiC MOSFET在短路情况下的两级快速保护。     

1200V/36 A SiC MOSFET短路特性的实验研究

短路能力是衡量功率半导体器件(IGBT、SiC MOSFET等)性能的重要指标,然而SiC MOSFET的短路性能还没有得到充分的研究。为掌握SiC MOSFET在短路工况下的特性,设计一套SiC MOSFET非破坏性短路测试实验平台,从短路脉冲宽度、栅源极电压UGS、栅极电阻RG、漏源极电压UDS、杂散电感LS、壳温度TCASE等方面对1 200 V/36 A SiC MOSFET的短路特性进行全参数实验,综合评估和分析SiC MOSFET器件在不同参数下发生短路的开关瞬态特性。     

带飞跨电容的三电平拓扑中SiC MOSFET过电压与过电流保护

为保证SiC MOSFET在三电平拓扑中应用的可靠性,需对其进行过电压与过电流保护.该文针对短路导致的过电压情况,提出在中点钳位(NPC)拓扑中加入大电容值飞跨电容的方法,并结合短路保护,保证发生短路故障时SiC MOSFET不过电压损坏,且能快速保护关断,以减小过电流风险.通过搭建短路测试平台,验证了三电平电路发生短路故障时,大电容值飞跨电容对SiC MOSFET起到过电压保护作用,且SiC MOSFET的短路保护时间在2μs以内.     

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。     

基于源极电感检测法的SiC MOSFET短路保护电路研究

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)凭借高工作温度、高开关频率和低导通损耗等优点,被广泛应用于高压、高温和高工作频率场合,但SiC MOSFET的短路耐受时间较小,仅为2～5μs,这对SiC MOSFET的短路保护电路提出了更高的要求.首先总结分析SiC MOSFET短路故障特性,然后基于源极电感检测法设计一款SiC MOSFET短路保护电路并简要分析其工作原理,最后搭建实验平台进行实验验证.实验结果表明,所设计的短路保护电路结构简单,当SiC MOSFET发生硬开关短路故障或负载短路故障时,保护电路能够在故障发生的1μs内关断器件,保证器件的安全运行.     

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...     

智能化IGBT驱动电路研究

研究并设计了一种基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的智能化IGBT驱动电路.该电路由CPLD实现各种控制、保护逻辑.驱动电路的高、低电平驱动方式可通过改写CPLD中VHDL源代码来实现.同时,该电路可以选择两路直接驱动和桥臂互补驱动两种工作模式.电路具有开通盲区设置,死区时间设置功能,短路保护运用软降栅压结合软关断技术,软降栅压时间,软关断斜率可通过外接电路自由整定.电路本身自带隔离驱动电源.试验证明该电路具有良好的驱动及保护能力.     

碳化硅MOSFET用于500V低压直流断路器的可行性研究

碳化硅MOSFET具有低导通损耗、开断速度快、耐高温等优点,其优异的开断性能是研制低压直流断路器的理想选择。从现有直流电压等级、绝缘水平和用电安全等角度确定断路器的工作电压等级,并搭建简易低压直流电路模型,估算模型中的各元件参数。在此基础上对断路器正常和短路两种状态下的过电压进行计算,同时根据厂家提供的碳化硅MOSFET参数及特性曲线,利用仿真软件saber建立模型,进行操作过电压分析。并设计两种过电压保护电路使Si C-MOSFET更加安全可靠工作,证明碳化硅MOSFET用于500 V直流断路器的可行性。     

直流固态功率控制器保护电路的仿真分析

对直流固态功率控制器而言,如何进行短路保护是提高装置安全性和可靠性的关键。针对此问题,文中提出了一种降栅压短路保护方法,借助PSpice电路仿真软件搭建仿真模型,模拟工作过程中突发的短路故障,对电路特性、参数变化影响等方面进行了分析和验证。仿真结果显示该保护电路能够有效地实现对直流固态功率控制器的保护,且保护时间可调。     

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护策略。首先,基于跨导增益负反馈构造栅极驱动电路并分析其工作原理;其次,研究该驱动的串扰抑制能力与短路保护特性;最后,通过实验证明基于跨导增益负反馈的栅极驱动电路的可行性,及其在串扰抑制和短路保护中的有效性。     

舰船直流限流器故障快速保护装置的设计

舰船直流电力系统的短路电流在几ms内就可达到峰值,限流器必须快速检测并限制故障电流,从而有效抑制短路电流对系统的冲击。提出了基于电流变化率di/dt与电流幅值I双重判据的快速检测短路故障原理,以CPLD器件核心开发了保护装置,并对该装置进行了试验验证,试验结果表明,故障快速保护装置可以满足舰船直流电力系统的短路保护要求。     

基于DeviceNet的低压断路器控制器软件系统设计

基于DeviceNet现场总线在工业生产中的广泛应用,设计了基于DeviceNet的新型低压断路器控制器软件系统。试验结果表明,其可提高低压断路器的断相、短路和漏电故障的瞬时保护能力,从而提高了产品的可靠性。     

一起主变压器低压侧故障的分析与对策

内桥接线是110kV变电站广泛采用的电气主接线方式,介绍了一起内桥接线的110kV变电站主变压器低压侧故障相关保护的动作过程。该故障为主变压器低压侧断路器因触指长期过热失去弹性,触头脱落造成相间短路,因主变压器高后备保护拒动,上级220kV变电站线路保护动作并重合,备自投不合理动作,备用线路投入,故障点多次冲击,造成低压断路器烧毁,全站失电。此故障具有一定的典型性,说明典型设计中保护配置存在一定问题。文中对这起故障的保护动作行为进行了全面分析,对如何合理配置保护,避免相同类型故障的发生,提出了建议与对策,对内桥接线变电站的保护配置与整定、运行与维护有参考意义。     

MMC-HVDC系统换流器桥臂短路故障暂态特性分析

桥臂短路故障是模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统中的严重故障。在换流器不闭锁和闭锁这2种情况下对桥臂短路故障的暂态特性进行分析:针对换流器不闭锁的情况,对两端换流器的桥臂电气量暂态特性进行较为全面的阐述,重点分析了桥臂短路电流的组成;针对换流器的闭锁情况,建立了桥臂短路电流通路的电路模型,推导了桥臂短路电流的解析表达式,分析了系统交直流侧电压电流的动态变化过程并给出了桥臂短路故障的保护配置方案。基于PSCAD/EMTDC搭建双端MMC-HVDC仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和保护配置的有效性。对桥臂短路故障暂态特性进行分析可为MMCHVDC系统换流器保护区的保护配置方案提供参考。     

发电厂厂用低压断路器选用中的几个重点问题

扼要阐述了与低压断路器选型有关的某些术语、技术性能和参数。在此基础上,对涉及低压断路器选型的额定短路分断能力,过载、短路保护特性,短路故障回路功率因数对断路器分断能力的影响,使用中降容等问题,进行了重点说明和讨论。     

影响电力系统短路计算结果的原因分析

电力系统短路计算是电力部门经常进行的基本计算,其计算结果是设备选择、继电保护定值整定的依据。无论使用调度自动化中的短路计算软件,还是使用继电保护定值整定软件,各种软件或算法的计算结果可能出现差异。产生差异的原因较多,分析表明主要原因有:(1)近似计算中各节点的正序正常电压处理不一致;(2)近似计算中变压器模型的等值阻抗处理方法不同;(3)详细计算中,由于未考虑分接头影响,至使变压器模型选择不当。变压器模型对短路计算的影响很大,建议采用C IM变压器模型,该模型具有原理正确和使用方便的特点。