MOSFET谐振门极驱动电路研究综述

谐振门极驱动电路能够减小高频下MOSFET的驱动损耗。首先介绍了传统电压源驱动及其存在的诸多问题,引出谐振驱动技术。综述了目前现有的谐振门极驱动电路的拓扑结构,并分为电流源型、谐振型和耦合电感型三大类。对于电流源型和谐振型,分别介绍较早提出的拓扑结构及其优缺点,并与后期发展的各种拓扑作对比分析。耦合电感型是在电流源型或谐振型中加入耦合电感来传递能量,这也增加了拓扑的复杂度。考虑谐振门极驱动电路的复杂程度,将拓扑元器件集成到一个芯片中以达到优化。

IGBT器件的门极驱动模型及应用

针对IGBT器件驱动电路损耗计算及驱动电源设计,分析了IGBT器件门极控制机理,建立了器件驱动电路在开关过程的等效电路,推导了门极电压和电流的解析式,给出了驱动功耗的计算方法。仿真和实验结果表明,建立的开关模型能够精确描述IGBT在开关过程中的电压电流变化,基于此模型的驱动电路功耗计算结果可作为驱动电源设计或选型的依据。

GaN MOSFET高效谐振驱动电路设计及损耗分析

为了解决GaN MOSFET门极驱动的高损耗问题,对比分析了传统驱动和谐振门极驱动电路,提出一种新型谐振门极驱动电路,通过建立数学模型、LTspice仿真分析以及实验验证所提出门极驱动电路的正确性.其基本原理为利用谐振原理在开关管关断过程中通过L将存储在C中的能量反馈到电源中,使能量得到有效利用,从而减小功率损耗.结果表明:GaN MOSFET开通和关断的时间分别为12 ns和16 ns,能够实现开关管的快速开断;新型谐振驱动电路的门极损耗比传统GaN MOSFET驱动电路的损耗减小了55.56%,比普通谐振驱动电路的门极损耗减小了35.66%.

推挽式单极性SPWM电压源逆变器的设计

通过一对波形完全相同、相位差为180°的SPWM信号进行门极驱动,可在推挽式逆变器的输出端得到一个合成的正弦电压源。在这种逆变器中,由半导体开关通态压降产生的开关损耗仅为全桥结构逆变器的1/2。用一个双微分门极驱动电路和一个无损耗缓冲吸收电路共同抑制IGBT的开关损耗,特别是抑制IGBT拖尾电流产生的损耗。文中还介绍了单极性SPWM发生器、双微分门极驱动电路和无损耗缓冲吸收电路的工作原理。

基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动

将绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断过程分解为多个阶段,对IGBT关断过程中电压上升和电流下降采取分阶段电容耦合反馈从而独立控制dv/dt和di/dt,实现电磁辐射和关断电压反峰的双重约束。基于Pspiece模型仿真出不同反馈电容及门极电阻下的开关损耗和关断电压反峰,绘制出了相互之间的关系曲线,同时提出了一套优化系统参数的计算方法。选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型IGBT模块,设计出了具备电容反馈的驱动电路,实验结果表明:在通过IGBT电流为400A的情况下,采取电容反馈的驱动电路将反峰电压降低80V左右,模块温升有所降低,验证了本文方法的正确性。

增强型GaN MOSFET与Si MOSFET在单相全桥逆变器中的性能比较

为分析宽禁带半导体器件GaN MOSFET与Si MOSFET栅极驱动损耗、开关损耗的成因及关联参数,利用单相全桥逆变拓扑结构搭建功率开关器件应用测试平台,对GaN MOSFET和Si MOSFET在不同开关频率及器件工作温度下的效率进行测试比较。实验结果显示,开关频率为50 k Hz和120 k Hz时,基于增强型Ga N MOSFET的逆变器比基于Si MOSFET的效率分别高1.47%和1.6%;40℃,50℃,60℃,70℃温度对比实验时,基于增强型GaN MOSFET的逆变器效率比基于Si MOSFET的分别高1.8%,1.9%,2.0%和2.1%,表明开关频率递增或工作温度越高的工况下,增强型GaN MOSFET高效性能越明显。

基于驱动电流动态调节的低过冲低损耗SiC MOSFET有源门极驱动

与硅基功率器件相比,碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET具有开关速度更快、导通损耗更低等优点,将越来越广泛的应用于高效高功率密度场合。但是,其开关特性对寄生参数非常敏感,在高速开关过程中极易产生瞬态电压电流尖峰和高频开关振荡,严重威胁Si C基变换器的可靠运行。针对这一问题,文中对SiC MOSFET的开关暂态过程进行深入分析,揭示门极驱动电流对开关过程电压电流过冲、振荡与开关损耗的影响机理。在此基础上,提出一种驱动电流分段动态调节的SiC MOSFET有源门极驱动电路,即根据开关过程不同阶段的状态反馈动态调整器件门极驱动电流。实验结果表明,所提出的方法能够在维持低开关损耗的同时,实现了对SiC MOSFET开关过程中电压电流过冲和高频振荡的有效抑制,提升SiC基电力电子装置的动态性能与运行可靠性。

电力电子功率MOSFET管谐振驱动技术的分析

为了减小体积,加快动态响应速度,减少功率MOSFET管的驱动损耗,提高变换器的效率,对现有谐振驱动电路方案的优缺点进行评估。对传统驱动和谐振驱动技术方案进行比较,分析了连续电感电流、不连续电感电流和具有变压器的三种电路方案。认为驱动电路的发展方向是:既具有连续电感电流方案的简洁易控制,又具有初始化脉冲式电感电流的低导通损耗,同时尽量减少所用的有源器件。

中高压SiC IGBT智能栅极驱动研究及应用

提出一种电流源型智能化抗电磁干扰(EMI)的有源中压栅极驱动电路,该驱动电路采用传统驱动芯片集成设计而来,不仅可提供先进的栅极驱动,且具备隔离保护和状态监测功能。采用15 kV中压SiC绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件设计双脉冲测试平台进行对比传统电压源型驱动的实验,测试结果显示所提电流源型驱动在有效降低损耗的情况下,兼顾改善电流变化率,并具备快速关断和降低保护响应时间的优势。

半桥LLC变换器的谐振驱动技术

针对LLC变换器的控制管,采用谐振驱动电路(RGD);针对同步整流管,采用电流连续型的电流源驱动电路(CSD)。详细分析了RGD和CSD电路的工作原理、各部分损耗及谐振电感最优化设计。对于控制管,最优化设计为实现驱动损耗和关断损耗之间的平衡;对于同步整流管,最优化设计为实现驱动损耗和体二极管损耗之间的平衡。同时,设计制作了1 MHz同步整流半桥LLC原理样机,并给出实验结果。

同步BUCK变换器中MOSFET选型应用研究

介绍了一种以损耗分析为依据的MOSFET选型方法。基于栅极驱动的二阶模型对不同栅极电阻下MOSFET导通时间产生的损耗进行了对比分析,同时完成了印制板寄生电感、开关频率等栅极驱动影响因素的仿真验证。对同步BUCK变换器中MOSFET选型应用进行分析与实验,结果表明该方法可用于工程实践中MOSFET选型及驱动设计分析,可以有效提高MOSFET设计的可靠性。

基于动态栅电阻的SiC MOSFET驱动电路设计

SiC MOSFET以其开关速度快、开关损耗小、热导率高等特点逐渐成为高功率密度电力电子应用场合的新宠,但是较快的开关速度导致器件开关应力以及振荡严重。提出了一种基于动态栅电阻的SiC MOSFET驱动电路,其可以动态地通过调整栅极电阻来优化SiC MOSFET的开关特性,有效地解决了传统驱动电路不能兼顾损耗与开关应力的缺点。最后,利用1200 V/300 A SiC MOSFET(Cree)通过双脉冲实验证明了动态栅电阻驱动电路对优化开关特性具有明显优势。

一种适用于常开型功率器件的新型谐振门极驱动电路设计

提出了一种适用于常开型功率器件的谐振门极驱动电路,它利用辅助电感Lr来回收门极储存的能量,减小门极驱动损耗。同时利用辅助电容Cr来产生负压,使得常开型功率器件可靠关闭。详细介绍了所提出的谐振门极驱动电路的工作原理,分析了各个模态下电路的主要波形。最后搭建了谐振门极驱动电路的仿真模型和实验平台,通过仿真和实验验证了所提出的谐振门极驱动电路的可行性。

基于空间矢量脉冲宽度调制优化算法的集成电驱效率提升

以某纯电动汽车集成电驱系统为研究对象,为提升纯电动汽车续驶里程,综合分析集成电驱系统效率提升方法,针对当前较少研究的电机控制器领域,文章建立绝缘栅双极型晶体管功率损耗模型,提出基于空间矢量脉冲宽度调制的变开关频率优化算法。仿真结果表明,变开关频率优化算法相比固频算法开关损耗可降低49.46%~50%,进一步台架试验及整车续航测试结果表明,优化后电驱系统在中国轻型汽车行驶工况下的驱动综合效率提升了1.04%,整车续航里程提升了25.86km,为集成电驱系统效率提升及其电动汽车续航里程提升提供理论与实践参考。