基于米勒平台电压的SiC MOSFET结温监测及校正方法

基于导通米勒平台电压的碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(SiC metal-oxide-semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)结温监测方法受到功率回路负载电流和驱动电路电阻等参数的影响,会造成很大的测量误差。文中以降压变化电路中的SiC MOSFET为研究对象,研究了负载电流和驱动电阻、电感对导通米勒平台电压的影响,并进行了多组校准试验,建立了新的结温监测方法。试验验证了文中提出的结温监测及校正方法的有效性,且最大误差小于6.9℃。文中提出的结温检测方法可在具有不同负载电流和驱动电阻的变换器中准确获取结温信息。

一种基于变流器工况特定开通时刻下米勒平台的IGBT结温监测方法

绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为功率变流器的核心部件,监测其结温对于确保变流器的安全可靠运行具有重要的意义。依据电气参数的温敏特性,提出一种基于变流器特定开通时刻下米勒平台的IGBT结温监测方法,该方法可有效避免变流器运行工况对结温监测的影响。首先,分析了栅射极电压的充电过程,从理论上对特定开通时刻下米勒平台与结温的内在关系进行了阐述。其次,搭建小功率整流器实验平台,对不同温度下的米勒平台进行拟合,从而建立米勒平台与温度的映射关系,同时改变工况条件后对所提方法进行了验证;最后,对所提温敏参数影响因素进行了分析,理论与实验表明,该特征参数线性度较好,且不受工况的影响,可在变流器实际工况下实现IGBT结温的精准监测。

基于IGBT栅极米勒平台的新型电流过载检测技术

通过对基于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）栅极米勒平台的新型电流过载检测技术的研究,首先从理论上分析了感性负载功率转换电路中IGBT栅极米勒平台的形成机理,给出理想条件下米勒平台电压V（GE,MP）与集电极电流IC的关系;其次设计了IGBT栅极米勒平台电压测量系统实现对VGE,MP的精确测量,并对VGE,MP与IC的关系进行了实验验证。最后,根据IC与VGE,MP的正相关关系,设计了应用于IGBT功率转换器的电流过载检测电路。当IC高于IGBT功率转换器额定电流时,VGE,MP高于额定电流对应的IGBT的米勒平台电压,本电路通过实时监测IGBT米勒平台电压实现电流过载检测。分别利用仿真和实验的手段对该新型电流过载检测技术的可行性和可靠性进行了验证。实验结果表明,IGBT集电极电流IC在2.8～50 A的范围内,检测系统稳定有效,最大检测误差为±0.85 A。

IGBT模块栅极电压米勒平台时延与结温的关系

通过对IGBT模块栅极电压米勒平台的时延与结温Tj的关系进行研究,首先从理论角度分析了米勒平台时延温度特性;其次设计了稳定可靠的米勒时延测量系统实现栅极米勒平台时间延迟的精确测量;最后,在一定条件(恒定电压、恒定电流)下对米勒平台的时延与结温的关系进行了实验验证。理论与实验均证实,米勒平台的时间延迟随结温的变化而变化,且二者呈现非常好的线性比例关系,结温Tj每升高1℃,栅极电压米勒平台时间延长0.74ns左右。

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。

再谈米勒平台和线性区:为什么传统计算公式对超结MOSFET开关损耗无效

功率MOSFET在开关过程中要跨越放大区,也就是线性区,形成电流和电压的交叠区,从而产生开关损耗,米勒平台就是在这个过程中形成的一段时间相对稳定的放大区。栅极驱动电压通常远大于米勒平台,那么为什么在开关过程中,V_（GS）电压会保持平台不变？高压超结结构的米勒平台的时间长,但为什么反而开关损耗小？V_（GS）为什么在米勒平台产生振荡？本文将详细地论述这些问题,从而在实际的应用中,提供设计优化的方向。

基于IGBT米勒平台的阈值电压结温估计法

在绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)的结温监测方法中,温敏参数法因具有响应速度快、成本低、易于在线检测的特点而受到广泛关注。已有研究表明,温敏参数中的阈值电压(VTH)具有良好的温度性质,但对其采用直接测量的方法易受电流振荡影响。为此,提出了一种在阻感负载下基于米勒平台的阈值电压间接计算法。首先描述阻感负载下IGBT的开关瞬态过程,论述VTH间接计算法的理论基础。然后通过开关过程中的米勒平台电压值间接计算VTH。最后通过实验证明了所提方法的有效性。

一种基于FPGA进位延迟链的IGBT栅极电压米勒时延的高精度测量方法研究

IGBT栅极电压的米勒平台时延与结温有着密切的关系,是IGBT失效的一种重要表征量,因此精确测量IGBT栅极电压米勒时延对于IGBT模块的失效监测有着重要的意义,基于此本文设计了完整的米勒时延测量系统。首先设计实现了栅极电压米勒平台的微分提取电路,将米勒平台转换为数字双脉冲,然后研究了利用FPGA内部特殊结构——进位连线组成时间内插延迟链,实现了高精度的时间内插测量。经实验验证,本文所设计的系统能够实现米勒时延亚纳秒级测量精度,为进一步定量探索IGBT模块失效与米勒时延的关系提供了保障。

基于SIMPLIS软件的功率MOSFET寄生参数仿真研究

针对功率MOSFET关断时寄生参数对死区时间的影响问题,基于SIMPLIS仿真软件和MOSFET的特点,建立MOSFET的仿真分析模型,并研究MOSFET寄生参数与电路中米勒平台及关断时间的关系。建立MOSFET的寄生电容分段线性模型,应用Matlab软件实现参数的对比分析,根据内部器件的工作原理确定其转移特性和输出特性,利用图像数据获取MOSFET的等效模型,采用MOSFET搭建LLC谐振变换器电路,通过不同条件下的仿真实验,得到寄生参数的影响规律。一系列的仿真训练能够有效提高学生的仿真实践能力。

IGBT键合线脱落故障特征分析

IGBT功率模块的可靠性是现今关注的重点,键合线脱落故障是导致其失效的主要原因。故障的发生会致使模块相关的特征参量发生变化,如通断过程中,模块的栅极电压米勒平台和栅极阈值电压。通过实验模拟了不同程度的键合线脱落故障,并分析了随着键合线故障程度的加深,栅极电压米勒平台和阈值电压的变化情况,为IGBT的状态监测技术提供了可靠的参考。

功率MOS管R_(DS(on))负温度系数对负载开关设计的影响

介绍了功率MOS管导通电阻的正温度系数和负温度系数的双重特性以及相对应的V_(CS)的转折电压,负载开关电路通过延长米勒平台的时间来限制输入浪涌电流的工作特点。分析了由于米勒平台工作于负温度系数区域,产生的开关损耗导致局部热不平衡从而形成局部热点的原因。实验结果表明,减小输出电容、提高功率MOS管的散热能力,可以提高系统的可靠性。

针对碳化硅器件的高频逆变器缓冲电路设计

由于大功率、高频高温等运行环境的需求,碳化硅(SiC)器件成为新一代半导体器件的代表,但其尖峰问题一直制约着这一新型器件的发展。以SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)为研究对象,着重从逆变器中运用SiC器件的方面来进行尖峰问题的研究,分析了SiC MOSFET在开关过程中产生尖峰和振荡的原因,通过增加RC缓冲电路的方法对SiC的尖峰和振荡问题进行优化,结果证明RC缓冲电路可以降低SiC器件产生的尖峰和振荡。通过多组实验进行数据曲线的拟合,确定了RC缓冲电路中缓冲电容与缓冲电阻的关系表达式。

一种调节Marx电源脉冲边沿的驱动电路

为了调节固态Marx发生器输出脉冲的边沿,提出了一种新型的的驱动电路,该方案通过调整充放电管的驱动电压,结合驱动电路的硬件结构,调节米勒平台时间,进而调整充放电管开通速度,实现了对于高压输出脉冲的边沿调节,其结构简单,不需要每级独立的控制信号。对于该电路中驱动电压和开关管开通速度的关系建立了模型进行了推导。结合理论分析结果设计了驱动电路的参数,仿真结果表明该驱动电路能够调节输出脉冲边沿。搭建带有设计参数下驱动电路的固态Marx发生器在容性负载下和阻性负载下进行了实验验证。利用该方案实现了对于6级Marx电路的3.6 kV输出脉冲在55~7.7μs的边沿调节,验证了该方案的可行性,并对比分析了不同阻性负载对于脉冲边沿造成的影响。实验结果表明:该电路在提高固态脉冲电源的边沿调节性能方面有独特的优势。

零电压开关移相全桥的死区时间计算与分析

在移相全桥变换器中,死区时间的长短对零电压开关(ZVS)的范围有较大影响,是变换器设计中需要最优化设计的重要参数。文中运用理论分析给出了实现ZVS所需的死区时间范围与负载电流、谐振电感、谐振电容等电路参数的函数关系,讨论了开关管关断过程中米勒平台对死区时间范围的影响,最后通过试验验证理论分析的正确性。

片上变压器隔离门极驱动器的优点

在许多应用中,电气隔离是一项重要的要求,特别是在涉及高功率电路和低功率电路的地方,以及高边和低边接地需要分开的地方。尽管隔离技术已经存在多年了,但已演变以满足新应用的需求,如可再生能源的逆变器、工业自动化、储能以及电动和混合动力汽车的逆变器和正温系数(PTC)加热器,通常使用基于IGBT技术的功率开关来实现这些应用的电源、转换电路。功率开关将配置为复杂的半桥和全桥拓扑,必须使用具有高驱动电流的门极驱动器高效地开关。此处可以选择分立门极驱动器电路,但通常集成驱动器的能效要高于分立门极驱动器电路。特别是内置有片上电隔离的高驱动电流门极驱动器具有进一步的优势,例如功率密度提高、传播延迟更短、信号完整性更好以及工作温度范围更宽。