高压大功率SiC MOSFETs短路保护方法

碳化硅(SiC)MOSFETs短路承受能力弱,研究其短路保护方法成为保障电力电子设备安全运行的重要课题。现有方法大多围绕低压小功率SiC MOSFETs,然而随着电压和功率等级的提升,器件特性有所差异,直接套用以往设计难以实现高压大功率SiC MOSFETs的快速、可靠保护。该文首先详细研究了几种常用短路检测方法;其次基于高压大功率SiC MOSFETs器件特性,深入对比分析了不同短路检测方法的适用性,提出一种阻容式漏源极电压检测和栅极电荷检测相结合的短路保护方法;最后搭建了实验平台验证所提方法的可行性。结果表明,提出的方法在硬开关短路故障(hard switching fault,HSF)下,保护响应时间缩短了1.4μs,短路能量降低了62.5%;且能可靠识别负载短路故障(fault under load,FUL)。

功率MOSFET在永磁同步电机控制中的影响和分析

在现代雷达控制系统中,伺服系统的转速稳定性和定点精度,直接影响到最终成像品质。文中针对伺服系统常用的永磁同步电机控制器中的功率器件金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)展开研究,主要分析了MOSFET的米勒效应,介绍了MOSFET的电路模型和开通过程,分析了米勒平台电压的振荡原因和米勒效应对驱动电路的危害,并设计两种优化电路来抑制米勒效应。理论分析和实验结果表明,经过改进的驱动电路有效抑制了米勒效应产生的栅源脉冲电压尖峰。所设计电路已应用于20 kHz/1 kW永磁同步电机驱动器,有效提升了雷达伺服系统的环境适应性和稳定性。

功率变换器中Power MOSFET功率损耗的数学分析及计算

为改善中、低压电力电子设备中开关器件的性能,给出了一种功率变换器的Power MOS-FET开关电路模型。其Power MOSFET的功率损耗主要由导通损耗和开关损耗构成,由此推导了功率变换器主电路中Power MOSFET的损耗计算公式,并根据实验波形的计算,得到Power MOS-FET的功率损耗。得到的计算结果表明:当开关频率较大时,开关损耗是Power MOSFET功率损耗的主要部分。

脉冲变压器驱动SiC MOSFET型Marx同步特性

为实现全固态Marx发生器中多个SiC MOSFET开关的同步驱动,设计了一种基于脉冲变压器的驱动控制电路。多路驱动信号的同步性会影响到Marx发生器的输出波形参数,因此要求驱动信号具有快脉冲前沿、低抖动特点。根据SiC MOSFET驱动原理及要求,分析了SiC MOSFET驱动电路脉冲前沿的影响因素,分析计算其相关参数,进行仿真模拟验证。设计了共初级穿芯10级串联的脉冲变压器,初次级的匝数分别为1匝和9匝,次级经正负脉冲信号调理电路后驱动10级Marx电路。实测结果表明利用脉冲变压器原边漏感与谐振电容构成的谐振电路在断续模式下,驱动功率越大,脉冲前沿越快且同步性越好。该同步驱动电路的脉冲前沿为112 ns,脉宽1~10μs可调,频率10~25 kHz可调,满足固态Marx发生器参数调整需求。

SiC MOSFET新型负压关断串扰抑制驱动电路

基于碳化硅(SiC)材料的第三代宽禁带功率器件的出现,推动着电力电子变换器朝着高频化、高功率密度、小型化方向发展。但随着开关速度的提高,电路中寄生参数的影响越来越大,导致桥式变换器存在严重的串扰问题。文中根据SiC金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxidesemiconductor field-effect transistor,MOSFET)的工作特性,在RCD(电阻-电容-二极管)电平移位的驱动电路基础上提出一种新型的串扰抑制驱动电路。该电路通过电容和可控低压器件串联,并利用电路自身电压差驱动可控器件,为串扰电流提供一条低阻抗吸收回路,可有效地对串扰问题进行抑制。建立串扰抑制驱动电路的等效电路模型,推导得到该电路结构中电容容值与串扰电压峰值的量化关系,为该电路结构的设计提供理论依据。最后,通过双脉冲实验测试验证所提出电路的有效性及等效模型和理论计算的正确性。实验结果表明,与传统驱动电路相比,提出的串扰抑制驱动电路能够在不同电压与电流工况下,在保证开关速度的前提下,很大程度上抑制串扰尖峰电压。

SiC MOSFET模块化直流固态断路器的集成化封装

直流断路器是关断直流输配电网中短路电流的关键设备。与机械断路器相比,使用半导体器件关断短路电流的固态断路器(SSCB)和混合断路器在响应时间方面表现出很大的优势。多个半导体器件串联有助于直流SSCB承受直流母线的高压,但会导致高成本和大体积。提出了一种基于SiC MOSFET模块化主从驱动的直流SSCB,所有串联器件仅需一个驱动器,简化了栅极驱动电路。对模块进行单面散热封装,可以减小寄生电感并优化散热,使器件的性能得到更好的发挥。实验结果表明,该直流SSCB可以承受700X V的直流母线电压(X为模块数),可在20μs内关断70 A短路电流。模块化设计具有更高的灵活性和更低的成本。

Performance Prospects of Fully-Depleted SOI MOSFET-Based Diodes Applied to Schenkel Circuit for RF-ID Chips

The feasibility of using the SOI-MOSFET as a quasi-diode to replace the Schottky-barrier diode in the Schenkel circuit is examined by device simulations primarily and experiments partly. Practical expressions of boost-up efficiency for d. c. condition and a. c. condition are proposed and are examined by simulations. It is shown that the SOI-MOSFET-based quasi-diode is a promising device for the Schenkel circuit because high boost-up efficiency can be gained easily. An a. c. analysis indicates that the fully-depleted condition should hold to suppress the floating-body effect for GHz-level RF applications of a quasi-diode.

MOSFET桥式整流器在PC电源中的应用

在电源输入端将传统的二极管桥式整流器改为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)桥式整流器及相应的控制线路,可以大幅减少传统二极管桥式整流的导通损耗,且控制线路简单、稳定可靠性高。通过实测数据对比,在一款2000 W的大功率PC电源中,整机效率有所提高,能够轻松实现钛金牌效率的要求。

非分段GaN HEMT EF2类功率放大器理论研究

目前,增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的仿真模型存在仿真时间长、复杂度高且收敛性不好等问题。为了解决GaN HEMT器件在电力电子电路中仿真收敛性和准确性差的问题,提出一种非分段的GaN HEMT SPICE模型。使用非分段连续方程对GaN HEMT器件的静态和动态特性进行建模;再对GaN HEMT的输出特性进行仿真,并与Si MOSFET的仿真结果进行对比。仿真结果表明,所提模型的收敛性较好,收敛速度快,有较高的准确性。另外,将此模型应用于EF2类功率放大器中,研究该模型对传输效率的影响。仿真结果进一步表明:该模型具有良好的收敛性;且当开关频率为10~20 MHz,输入功率为75 W时,输出功率可达73 W,传输效率为95%,这也证明了GaN HEMT器件可以提高EF2类功率放大器的传输效率。

功率MOSFET驱动保护电路设计与应用

分析了对功率MOSFET器件的设计要求;设计了基于EXB841驱动模块的功率MOSFET驱动保护电路。该电路具有结构简单,实用性强,响应速度快等特点。在电涡流测功机励磁线圈驱动电路中的实际应用证明,该电路驱动能力及保护功能效果良好。

功率MOSFET高速驱动电路的研究

基于特定情况下对驱动电路特殊的要求 ,介绍了一种输出电流大、带负载能力强的MOSFET高速驱动电路。对电路的工作特性进行了详细的讨论 ,并给出了不同频率下该电路的实验结果。

简单实用的功率MOSFET驱动电路

设计了采用脉冲变压器隔离的功率MOSFET无源驱动电路 ,可工作在任意占空比下 ,具有实用性强、电路结构简单、响应速度快、输出阻抗小等优点。介绍了该驱动电路在零电流开关电路中的简化应用 。

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。

MOSFET的驱动保护电路的设计与应用

率场效应晶体管由于具有诸多优点而得到广泛的应用;但它承受短时过载的能力较弱,使其应用受到一定的限制。分析了MOSFET器件驱动与保护电路的设计要求;计算了MOSFET驱动器的功耗及MOSFET驱动器与MOS-FET的匹配;设计了基于IR2130驱动模块的MOSFET驱动保护电路。该电路具有结构简单,实用性强,响应速度快等特点。在驱动无刷直流电机的应用中证明,该电路驱动能力及保护功能效果良好。

一种用于无刷直流电机控制系统的MOSFET栅极驱动电路

介绍了一种用于无刷直流电动机控制系统的MOSFET栅极驱动电路,该电路完全利用分立元件,具有结构简单、安全可靠和实用性强等特点,该电路采用自举法驱动高压侧开关MOSFET,设置了死区时间以避免桥臂导通,并利用缓冲电阻减小振荡,通过设置合适的门极驱动电压减少了损耗,使电路效率得到了提高。

新型双功率MOSFET管谐振驱动电路

提出一种新型双功率MOSFET管互补谐振驱动电路,对电路的工作原理、性能特性和关键电路参数设计进行分析,并建立仿真和样机实验。该驱动电路由1个变压器和6个半导体器件组成,类似反激变换器的电路结构,并且以谐振方式工作。理论分析表明,该电路具有拓扑结构和控制简单、驱动损耗低、驱动速度快、驱动电路中的开关管实现了部分软开关等优点。仿真和实验结果验证了理论分析。

基于功率MOSFET的超磁致伸缩执行器驱动电源

在分析超磁致伸缩材料的驱动特性及超磁致伸缩执行器驱动电源特点的基础上 ,采用连续调整型恒流源的原理 ,并选用功率 MOSFET作为功率放大元件 ,研制出 - 3～ +3A连续可调的高精度超磁致伸缩执行器驱动电源。实际测试的结果表明其性能良好 。

基于动态电源的MOSFET驱动优化

合理的栅极驱动方式是功率MOSFET稳定可靠工作的前提。理想的栅极驱动电路应满足di/dt和du/dt小、开关速度快且开关损耗低等要求,但这些要求彼此之间存在冲突:驱动功率过小,将使其开关过程缓慢,增加开关损耗;驱动功率过大,将导致di/dt和du/dt过大,以至于产生严重的电磁干扰,影响系统的稳定运行。本文详细分析了MOSFET的导通过程,提出了基于动态电源的优化驱动方式。在专用驱动芯片的基础上,设计了辅助驱动系统,并做了详细地分析计算,实现了双电源驱动和驱动电阻的动态调节。最后将该驱动方式应用于开关磁阻电机控制系统中,验证了其合理性和正确性。

基于功率MOSFET的高速高压脉冲产生器

通过研究功率MOSFET器件的开关特性和脉冲产生技术,设计了互补推挽和集成芯片两种MOSFET栅驱动脉冲电路,其较好的驱动能力,极大的提升了MOSFET的开关速度,分别实现了上升(下降)时间小于5 ns和2.5 ns、输出幅度300~500 V、脉冲宽度5 ns^0.2ms可调的高速、高压的脉冲产生与放大。据此研制成功的脉冲产生器具有稳定性好、带负载能力强、输出脉宽调节范围大、体积小等特点。该脉冲产生器已成功应用于像增强器高速摄影的电子快门装置,并在其他需要高速、高压脉冲领域有一定应用前景。

多管并联SiC MOSFET驱动电路设计

分析了SiC MOSFET驱动电路的基本要求,并对驱动电路的结构、驱动电压的选取和可靠性设计等进行了重点研究,设计出一款简单实用的驱动电路,解决了多管并联的SiC MOSFET。驱动这一难题。另外,搭建了双脉冲实验电路对驱动电路进行了相关测试,分析确定了最佳门极电阻的参数和缓冲吸收电路。最后,将所设计驱动电路应用于50 kW/800 kHz的多管并联感应加热电源,进一步验证了所设计驱动电路适用于高频、大功率场合,具备一定的工业应用价值。