基于Si9122A的同步整流输出DC/DC变换器

研制了半桥结构的DC/DC变换器.采用带同步整流驱动输出的新型半桥控制芯片Si9122A实现了对变换器中初级开关管和次级同步整流管的PWM控制.该变换器电路结构简洁,控制调整方便.由于输出整流电路中采用低导通电阻的同步整流MOSFET替代了肖特基二极管,芯片自带同步整流管驱动信号,解决了自驱动方式信号差和外驱动方式电路复杂的问题.最后给出了实验结果.     

碳化硅MOSFET与硅MOSFET的应用对比分析

碳化硅MOSFET具有导通电压低、开关速度极快、驱动能力要求相对低等特点,是替代高压硅MOSFET的理想器件之一。将额定电压、电流相同的碳化硅MOSFET和高性能硅MOSFET应用于反激式变换器中进行对比测试,实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,碳化硅MOSFET的开关速度明显快于硅MOSFET;在12 V驱动电平条件下,直接采用碳化硅MOSFET替代硅MOSFET使得变换器的效率明显提升;采用20 V栅极驱动电平,效果更加明显。     

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...     

基于碳化硅器件及其驱动的谐振变换器设计

硅(Si)基电力电子器件受限于Si材料特性难以在耐压、耐温、开关频率等方面有所突破,而碳化硅(SiC)基器件因其性能优异,尤其在中高压电能变换设备的应用中前景广阔。理论与实验对比分析了SiC MOSFET与Si MOSFET,Si IGBT的特性,对驱动电路进行了分析与改进以适应不同器件驱动电压的需要,最后应用SiC MOSFET及其驱动电路搭建了100 kHz CLLC谐振变换器实验样机。说明了SiC基器件相较于Si基器件在导通、关断以及开关性能上的优势,验证了改进后驱动电路以及基于此来研制高性能电源变换器的可行性。     

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。     

超宽工作电压DC/DC变换器设计

针对太阳能光伏发电系统输出电压较宽的情况,设计了一种超宽工作电压的DC/DC变换器。利用稳压管在开关关断时对电路进行电压钳位,解决了单管反激变换器在高电压输入时电力MOSFET电压应力过高的缺陷。通过合理设计电路并从电路副边引入电流作为MOSFET栅极驱动,可以保证开关管的饱和导通。在理论分析、仿真优化、反复调试的基础上,设计了一款15 W、1 000 V/200 V输入的样机。经过测试,此变换器可以长时间稳定工作且转换效率比较高。     

三电平NPC变流器窄脉冲抑制方法

中点箝位(NPC)变流器基于载波脉宽调制(PWM)控制,采用带死区互补驱动信号发生时,对于NPC变流器会产生二极管短导通时间电压过冲现象,此时二极管从瞬态导通状态反向恢复引发过大的浪涌电压,容易导致炸机.对导致二极管短导通时间电压过冲问题的窄脉冲按要求进行合理展宽的限制算法,有效解决了系统二极管短导通时间电压过冲问题,不影响正常的PWM和电流谐波,大大提高了系统的可靠性,该方法简单、实用、不受使用条件的限制,无需增加额外的硬件电路,适合工程应用.此处提出了一种高压功率变流器二极管短导通时间电压过冲抑制方法.     

GaN器件在高频谐振变换器上的应用研究

提高变换器开关频率能有效提高功率密度,但开关及驱动损耗也会相应增加。氮化镓(GaN)器件具有导通电阻低、寄生电容小等特点,更适合高频应用。这里研究增强型GaN高电子迁移率晶体管(eGaN HEMT)在高频Boost谐振变换器中的应用和实现,针对由寄生电感引起的驱动电压振荡,给出可抑制振荡驱动电阻的选取准则。10 MHz谐振变换器样机实验表明,按此准则设计的电路可正常、有效运行。相比于采用Si MOSFET,采用eGaN HEMT后变换器效率有所提高。     

一种高增益软开关Boost-Forward变换器

提出一种高增益软开关Boost-Forward变换器。通过采用耦合电感提高了变换器的电压增益,开关管两端的并联电容限制了关断时的电压变化率,降低了关断损耗,合理设置开关驱动之间的死区,实现了开关管零电压开通。开关管的电压应力均低于输出电压,可采用低导通电阻的开关管降低导通损耗。合理设计漏感大小,解决了二极管的反向恢复问题。此外,耦合电感在开关导通和关断期间均向二次侧传递了能量,提高了耦合电感利用率。最后搭建了一台实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

直流高压发生器设计中的四个关键问题

为了解决基于开关电源技术的直流高压发生器研制中的关键问题,分别介绍了系统方案设计、开关管驱动电路、缓冲电路和高频升压变压器设计4个关键技术。系统主要由功率部分和控制部分组成,前者用高频逆变和倍压整流的方案,后者采用MCU和CPLD结合的架构;开关管MOSFET驱动电路用A316J实现;RCD网络实现缓冲电路的设计;多槽排绕的方式绕制高频升压变压器。调试结果表明,开发出120kV、5mA输出的直流高压发生器可满足现场试验要求。     

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。     

双降压式全桥逆变器

为避免桥臂功率管直通问题和提高输入直流电压利用率,在全桥逆变器和双降压式半桥逆变器的基础上,提出了双降压式全桥逆变器(dual buck full-bridge inverter,DBFBI),该逆变器具有无桥臂直通、输入直流电压利用率高、效率高、续流二极管可优化选取等优点。半周期调制方式减小了功率管的开关损耗及导通损耗,分析了半周期调制方式下电路的工作模态,给出了电感电流连续与断续时输入输出电压关系。设计了采用滞环电流控制的双降压式全桥逆变器系统,通过控制逻辑设计使之实现了半周期运行模式。仿真和实验结果证明该逆变器具有高质量的输出电压波形和良好的动态响应特性。     

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。     

具有低电压穿越能力的Quasi-Z源间接矩阵变换器电机驱动控制系统

Quasi-Z源间接矩阵变换器(QZS-IMC)具有高的电压增益、强的抗干扰能力,尤其是对电网电压跌落具有穿越能力。首先,分析QZS-IMC的运行原理,建立其数学模型;在此基础上,将其应用于电机驱动系统,提出一种具有低电压穿越能力的QZS-IMC感应电机驱动系统。所提出的电机驱动系统在输入电源电压跌落时可以自动调节升压比,以确保变换器输出电压恒定而不影响电机运行。所提出的电机驱动系统最大限度地利用了逆变级调制度,通过调节整流级调制指数和直通占空比进行电机调速,可降低QZS-IMC系统的损耗。对所提出的QZS-IMC电机驱动系统进行了仿真和实验测试,结果表明,所提出的新型调速系统具有优良的低电压穿越能力,而且实现了高效率运行。     

并网独立双模式控制高性能逆变器设计与实现

本文设计并实现了一种小型的用于分布式发电系统的功率调节系统。高性能，高可靠性，高功率密度是功率变换装置的基本要求。传统的并网逆变器输出采用工频变压器，体积重量大，成本高。本文采用高频隔离的逆变器，消除了输出端的工频变压器。传统的桥式逆变电路存在桥臂直通问题，本文将双降压式逆变器用于并网发电场合，提高了可靠性，提高了效率。半周期调制方式的采用减小了器件的开关损耗，以及功率场效应管的导通损耗。以往的文献对并网逆变器的分析侧重于单独工作模式或者并网模式，较少涉及到独立工作和并网工作切换过程的分析。本文分析了双模式运行的逆变器的切换过程。采用TMS320F240DSP芯片实现数字锁相同步，实现并网和独立控制的逻辑和基准切换。在此基础上实现了一个500VA的实验样机证明了方案的可行性。     

并网独立双模式控制高性能逆变器设计与实现

设计并实现了一种小型的用于分布式发电系统的功率调节系统。主电路采用推挽正激变换器和双降压式逆变器。传统的并网逆变器输出端采用工频变压器，体积重量大，成本高。该文采用高频隔离的逆变器，消除了输出端的工频变压器。传统的桥式逆变电路存在桥臂直通问题，该文将双降压式逆变器用于并网发电场合，提高了可靠性及效率。半周期调制方式减小了器件的开关损耗，以及功率场效应管的导通损耗。以往的文献对并网逆变器的分析侧重于单独工作模式或者并网模式，较少涉及到独立工作和并网工作切换过程的分析。该文分析了双模式运行的逆变器的切换过程。采用TMS320F240DSP芯片实现数字锁相同步，实现并网和独立控制的逻辑和基准切换。一个500VA的实验样机证明了方案的可行性。     

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。     

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。