Research on IGBT Drive Circuit Based on 2QD30A17K-I Driver

The insulated gate bipolar transistor(IGBT) has become the most popular controllable power switching device in the design of power electronics industry.As the interface of power circuit and control circuit in power source, the IGBT drive circuit should be with short transition time and the function of isolating safely and monitoring correctly the short-circuit and over-voltage fault.This paper presents the short-circuit protection theory and relative parameter selecting rules,based on the research on 2QD30A17K-I,the representative of high voltage and high power driver.

IGCT门极驱动装置杂散电感测量与改进

集成门极换流晶闸管(IGCT)的关断能力高度依赖其门极驱动单元的换流能力,为了提高其换流能力,限制杂散电感是关键。分析了影响关断电路中杂散电感的主要因素,提出了抑制和减小电路杂散电感的方法,采用此方法将关断回路总杂散电感从13.6 nH降低到4.7 nH,最终达到3.5 nH,使门极电流峰值和上升率分别达到-6 120 A和-5 720 A/μs,满足4 500 V/4 000 A IGCT的驱动电路关断能力的要求。对环绕型关断电路的杂散电感进行详细划分和测量,针对采集的各部分电感分布量进行分析,结果对更高电流容量IGCT驱动电路板的设计有重要的参考价值。

一种改进型抑制SiC MOSFET桥臂串扰的门极驱动设计

针对传统驱动中SiC MOSFET在高开关频率下其寄生参数造成的桥臂串扰更加严重,而现有抑制串扰驱动电路多以增加开关损耗、增长开关延时和增加控制复杂度为代价的问题,根据降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思路,提出1种在栅源极间增加PNP三极管串联二极管和电容的新型有源米勒钳位门极驱动设计,分析其工作原理,并对改进驱动电路并联电容参数进行计算设计;搭建直流母线电压为300 V的同步Buck变换器双脉冲测试实验平台,分别与传统串扰抑制电路、典型串扰抑制电路的正负向串扰电压尖峰抑制效果和开通关断速度进行对比分析。实验结果表明,所提串扰抑制驱动电路正负向电压尖峰分别比传统和典型串扰抑制电路降低了80%和40%,同时减少了32%的器件开关延时。

用于非线性超声检测的高频高功率E类功率放大器研究

超声波与金属的微小缺陷相互作用可产生非线性效应,由于非线性效应信号弱,在微小缺陷检测时必须采用高频高功率的发射装置来增强非线性效应信号强度。为此研究了一款高频大功率的超声驱动放大电路,该放大电路选用开关速度快、耐高压的氮化镓晶体管设计高效率的零电压开关(ZVS)型E类功率放大器,设计开关管保护电路、输入输出匹配电路以及可独立控制导通和关断驱动强度的栅极驱动电路,确保了高频高压大功率信号的高效输出。经测试,该E类功放驱动电路在工作频率为5 MHz,供电电压100 V时瞬时输出功率为223.9 W,峰值电压为150 V,直流转换效率为76.7%,表明该驱动电路可以用做高频大功率超声发射驱动。

基于超像素的硅基有机发光二极管微显示器

基于超像素技术,针对彩色硅基OLED(Organic Light Emitting Diode)微显示器,提出一种数字驱动策略,通过复用相邻像素信息,使单像素用于多个相邻像素成像,大幅提高显示分辨率.设计了一种数字驱动彩色OLEDoS(Organic Light Emitting Diode on Silicon)微显示器驱动电路,在120 Hz帧频的条件下,可实现256级灰度和4K显示分辨率,且电路面积和每秒数据传输量仅为传统驱动方式的50%.经测试验证,该驱动电路可实现的OLED像素平均电流范围为13.1 pA~3.74 nA,可满足微显示器近眼显示需求.

BCD工艺在高压功率驱动电路中的应用

随着集成电路技术的快速发展,高压功率驱动电路在工业和汽车电子等领域得到广泛应用。为深入理解、开发和掌握先进BCD工艺技术,更好发挥其兼容Bipolar、CMOS和DMOS工艺的优势,通过介绍BCD工艺的特点及其发展历程,结合600 V高压功率驱动电路的设计,对隔离、高压MOS和版图设计等关键技术展开深入研究。研究可为高压功率驱动电路的设计实现提供有效支持,在当前芯片国产化大趋势下,对提升中国集成电路设计制造水平具有重要意义。

基于FPGA的面阵型CCD驱动电路设计

针对行间转移型面阵电耦合器件(CCD)ICX415AL,分析其驱动时序要求和工作原理,以现场可编程门阵列(FPGA)芯片EP4CE10F17C8为主控芯片,QuartusⅡ软件为开发平台,选择Verilog HDL语言设计各驱动时序信号。结合反相器和驱动芯片构建CCD外围驱动电路,利用Modelsim SE仿真软件进行联合仿真测试,得到了正确的时序波形输出,将FPGA产生的驱动时序信号接入CCD驱动电路,通过示波器观察CCD在不同条件下输出相对应的视频信号。实验结果表明,所设计的驱动电路运行稳定,满足ICX415AL各项驱动要求。

电容隔离式栅极驱动电路设计

针对功率半导体器件不断提升的开关频率和工作电压等级使得传统的栅极驱动电路面临着传输延时长、共模瞬态抑制能力(CMTI)不高等一系列缺点,设计了一种电容隔离式的栅极驱动电路,该驱动电路分为低压侧发射端和高压侧接收端2个部分。提出了一种预放大器结构可增强栅极驱动电路的抗噪声能力;也提出了一种改进型包络解调结构可有效降低信号解调的脉冲宽度失真。后仿真结果表明:此栅极驱动电路的CMTI能力高达100 kV/μs,信号典型传输延时为77 ns,脉冲宽度失真为2 ns。

基于MPCC的永磁同步电机驱动系统逆变器IGBT开路故障诊断方法

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统逆变器绝缘栅双极晶体管(IGBT)开路故障诊断过程中电流检测法检测时间较长的问题,研究了一种基于模型预测电流控制(MPCC)的误差电流极性法,通过将MPCC中代价函数的变化和电流检测法相结合,可有效缩短故障检测时间。然而,MPCC容易受到电机参数变化的影响,负载转矩、转速的变化可能导致电机参数变化或不匹配,进而影响代价函数的输出,导致误诊。针对该问题,在基于MPCC的误差电流极性法中对故障检测指标进行了归一化处理并加入了计数法,进一步提高了故障诊断的鲁棒性能。

水声信号发射机的全桥功率放大电路设计

基于现有的水声信号发射机电路,设计一种采用全桥拓扑结构的发射功率放大电路。该电路适于在输入电压比较高的环境中应用,优点是输出功率大、可靠性好,缺点是电路器件多、结构复杂。从全桥原理出发,通过理论计算确定电路的主要参数,采用PSpice仿真工具对电路参数进行优化,继而设计出适宜水声信号发射机应用的驱动电路和功率放大电路。仿真结果表明,该电路产生的输出波形满足水声发射机的工作要求。

Boost变流器门极驱动电路的EMI发射及抑制

为了研究Boost变流器中MOSFET门极驱动电路的电磁干扰(EMI)发射特性,通过测试将Boost变流器门极信号的EMI发射与整机EMI发射分离。分离的测试结果表明门极电路自身也会引起过量的EMI发射,是重要的EMI噪声源。论文还分析了门极驱动电压信号过冲的形成原理和由此带来的EMI问题,提出了一种通过消除门极驱动信号电压过冲的方法来抑制过度的EMI发射。仿真分析和实验测试结果证实了这种EMI抑制方法是切实有效的。

4000A/4500V系列IGCT器件驱动电路

IGCT是一种新型大功率电力电子器件,其开关控制必须依靠集成门极驱动电路实现。文章首先对IGCT的驱动技术进行了研究,阐述了IGCT开关控制所涉及的硬驱动和门极换流等关键问题。在此基础上,文章完成了4000A/4500V不对称型IGCT器件集成门极驱动电路开发,并通过实验对IGCT驱动技术以及电路设计方案进行了检验,相关技术能够满足4000A/4500V系列IGCT器件驱动的要求。

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。

提高GaN功率器件开关频率的技术途径

GaN基增强型高速开关器件是提升X波段微系统集成放大器工作效率的核心器件。介绍了凹槽栅结构、F-注入等制作GaN基增强型器件的关键技术,同时分析了场板、介质栅等对器件击穿特性的影响。针对影响GaN基功率器件开关特性的主要因素,重点分析了提高增强型GaN基功率器件开关频率的主要技术途径。减小器件的接触电阻、沟道方块电阻可以降低器件电阻对频率的影响。小栅长器件中栅电容较低,电子的沟道渡越时间较短,也可以提高器件的频率特性。此外,由于GaN基的功率器件频率高,设计应用在GaN器件上的栅驱动电路显得尤为重要。

集成门极换流晶闸管驱动电路的研究

根据集成门极换流晶闸管驱动电路基本逻辑功能的要求,提出应用电子设计自动化技术和复杂可编程逻辑器件芯片实现高可靠性、单片化、灵活设计的方案,设计出一种采用了硬驱动和集成门极技术的集成门极换流晶闸管门极驱动电路.该电路具有结构简单,开关速度快,可靠性高,增加保护电路和测试电路方便等优点.电路仿真结果表明,开通时门极电流可在2μs内迅速达到200A左右,关断时电流门极电流可在4μs内抽取400A左右,符合集成门极换流晶闸管开通和关断时的特性要求.

基于M57962AL芯片的大功率IGBT驱动与保护设计

根据大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)对驱动电路和保护的要求,提出一种基于M57962AL的实用型大功率IGBT驱动电路及其保护的设计方案,该设计方案选取IGBT输出特性曲线的拐点作为短路保护阈值点,可有效防止误保护。以FF1200R17KE3_B2为例,根据提出的设计方案设计合适的驱动参数、保护参数及外围电路。通过短路保护测试及大功率实验结果验证该驱动电路具有良好的驱动和保护能力。

电控助力转向系统电机驱动电路设计方案的研究

在分析电动助力转向系统电机驱动电路性能和可靠性要求的基础上,对比常用的PWM控制直流电机的优缺点,提出了电动助力转向系统驱动电路的设计方案:上、下管均采用N沟道MOS管,上管常通或常闭,下管由PWM逻辑电平控制.该方案应用于笔者所开发的电动助力转向系统中,试验表明,切实可行,可靠性高,能够满足要求.

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%.

GaN高频开关电力电子学的新进展

宽禁带半导体的发展给电力电子领域带来新一代功率开关器件,随着Si C功率器件的发展,Ga N功率高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波毫米波领域发展成熟的同时,又在电力电子的高频开关方面进入应用创新的发展阶段。综述了近几年Ga N功率HEMT在高频开关方面的最新进展:高频高效率开关应用;高功率密度;栅极驱动电路设计;大功率集成;热设计和可靠性研究等。重点介绍了基于Ga N功率HEMT在高频开关中应用的特点,在电路拓扑结构设计、寄生参量的抑制、栅极驱动电路设计、功率集成、散热设计与工艺和失效机理等创新。Ga N高频开关电力电子学在应用创新方面已取得重要进展。

IGBT短路保护的控制策略分析

简述了硅整流器和晶闸管的短路保护的基本方法,即利用交流电网侧加适度的电抗器、器件串联快速熔断器。但是这种方法仅适用于电流过零关断的工作条件,对于工作在硬开关条件下的IGBT不适用;分析了IGBT在短路模式下的工作状态、短路保护需要的时限以及其他相关元件对IGBT短路状态的承受能力;指出在短路保护过程中降低栅极电压减缓关断速度是IGBT短路保护的有效手段。