适用于SiC MOSFET的漏源电压积分自适应快速短路保护电路研究

SiC MOSFET因其高击穿电压、高开关速度、低导通损耗等性能优势而被广泛应用于各类电力电子变换器中。然而,由于其短路耐受时间仅为2~7μs,且随母线电压升高而缩短,快速可靠的短路保护电路已成为其推广应用的关键技术之一。为应对不同母线电压下的Si C MOSFET短路故障,文中提出一种基于漏源电压积分的自适应快速短路保护方法(drain-sourcevoltageintegration-basedadaptivefast short-circuit protection method,DSVI-AFSCPM),研究所提出的DSVI-AFSCPM在硬开关短路(hardswitchingfault,HSF)和负载短路(fault under load,FUL)条件下的保护性能,进而研究不同母线电压对DSVI-AFSCPM的作用机理。同时,探究Si CMOSFET工作温度对其响应速度的影响。最后,搭建实验平台,对所提出的DSVI-AFSCPM在发生硬开关短路和负载短路时不同母线电压、不同工作温度下的保护性能进行实验测试。实验结果表明,所提出的DSVI-AFSCPM在不同母线电压下具有良好的保护速度自适应性,即母线电压越高,短路保护速度越快,并且其响应速度受Si CMOSFET工作温度影响较小,两种短路工况下工作温度从25℃变化到125℃,短路保护时间变化不超过90 ns。因此,该文为Si CMOSFET在不同母线电压下的可靠使用提供一定技术支撑。

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)。

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。

一种实现能量重复利用的SiC MOSFET谐振驱动电路

针对传统SiC MOSFET驱动电路的驱动电阻导致损耗较高的问题,提出了一种SiC MOSFET谐振驱动电路。详细分析了提出的谐振驱动电路的工作原理,通过控制驱动电路中各开关管的通断,使电感与SiC MOSFET的输入电容产生谐振,从而重复利用输入电容中的能量,减小了驱动损耗。相较于传统驱动电路,该谐振驱动电路的驱动损耗主要包括新增开关管及其续流二极管导通时的导通损耗和SiC MOSFET内阻所产生的损耗,而非驱动电阻导致的损耗。搭建仿真模型和实验平台,对提出的谐振驱动电路在高频和不同占空比下的驱动性能进行验证,结果表明提出的谐振驱动电路具有良好的驱动性能,能够在高频工作条件下保证SiC MOSFET的通断。

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.

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。

SiC MOSFET改进关断瞬态模型研究

传统碳化硅(silicon carbide,Si C)金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor,MOSFET)关断瞬态模型忽略了在小负载电流或小驱动电阻下Si CMOSFET的沟道关断先于对管Si C肖特基势垒二极管导通的特殊关断模式,导致该工况下传统关断模型不适用。为解决该问题,该文在传统模型的基础上,加入了对特殊关断模式机理的详细分析,完善了SiCMOSFET的关断瞬态模型。所提模型采用时间分段、机理解耦以及参数解耦的求解方法,取消了模型的迭代,提高了模型的求解速度。仿真计算结果与实验测量结果对比表明,所提改进模型可以准确体现Si CMOSFET在不同关断模式下的瞬态波形,验证了改进模型的准确性、有效性及适用性。

同步整流电路中SGT MOSFET尖峰震荡的优化设计

针对同步整流电路中屏蔽栅沟槽型场效应晶体管(Shielded Gate Trench Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,SGT MOSFET),在工艺加工过程中形成的热氧结构导致控制栅极电压尖峰震荡幅度大、电路能量转换效率低等问题,提出了一种SGT MOSFET电压尖峰震荡的优化设计。采用电路仿真的方法,以分析电容对电路电压开关震荡的影响;采用拉偏结构参数的方法,以确定器件的工艺参数;采用增加湿法刻蚀屏蔽栅多晶硅和注入多晶硅两道工艺的方法,以消除热氧结构,减小器件电容,从而减小器件在电路中的电压尖峰震荡幅度和时间,提升电路的能量转换效率。实验结果表明,优化设计后的栅漏电容减小了约43%,控制栅极电压的尖峰震荡降低了约56%,电路能量转换效率提升了约4.6%,器件剖面扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)图表明,所提设计方法可以消除SGT MOSFET的热氧结构。

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。

桥式电路中不同封装SiC MOSFET串扰问题分析及低栅极关断阻抗的驱动电路

由于SiC MOSFET开关速度较快,使得桥式电路中串扰问题更加严重,这样不仅限制了SiC MOSFET开关速度的提升,也会降低电力电子装置的可靠性。针对SiC MOSFET的非开尔文结构封装和开尔文结构封装的串扰问题分别进行分析,栅漏极结电容的充放电电流和共源寄生电感电压均会引起处于关断状态开关管的栅源极电压变化。提出一种用于抑制串扰问题的驱动电路,该驱动电路具有栅极关断阻抗低、结构简单、易于控制的特点。分析该驱动电路的工作原理,提供主要参数的计算方法。最后通过实验测试了两种结构封装SiC MOSFET的串扰问题,并且对提出的驱动电路进行了实验,验证了其正确性以及对串扰问题的抑制效果。

SiC MOSFET短路特性

为确保碳化硅(SiC)功率器件在过载、短路等工况下能安全可靠地工作,必须充分认识SiC器件的短路机理。首先对SiC MOSFET硬开关短路故障下短路电流原理进行了分析,在此基础上对不同电路参数对SiC MOSFET短路特性的影响进行了对比分析,揭示了短路特性的关键影响因素,并对Si与SiC MOSFET短路能力和器件恶化机理进行了对比分析,从而为设计SiC MOSFET短路保护电路提供一定的指导。

MOSFET隔离型高速驱动电路

结合以MOSFET为主要功率开关器件,应用于电弧超声焊接的高频脉冲激励系统的研发,在对MOSFET开通和关断过程进行分析的基础上,给出了MOSFET隔离型高速驱动电路所必需满足的条件。详细讨论了最大工作频率可达100 kHz、实现电气隔离、具有较强驱动能力和抗干扰能力的MOSFET驱动电路的设计与实现过程,实验结果证明了所设计驱动电路的可行性。所讨论的MOSFET驱动电路对于IGBT等其他电压控制型功率开关器件驱动电路的设计也有一定的借鉴意义。

SiC MOSFET驱动电路及实验分析

根据SiC MOSFET开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,在此基础上采用双脉冲测试方法,对SiC MOSFET的开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同驱动电阻对SiC MOSFET开关时间、开关损耗等的影响。

功率 MOSFET 开关电路的吸收回路实验研究

介绍由ＭＯＳＦＥＴ管构成的全桥开关电路在感性负载下大电流工作时两种吸收回路的实验研究结果。

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。

SiC MOSFET短路保护技术综述

随着电力电子技术的飞速发展,SiC MOSFET以优异的材料特性在高频、高压、高温电力电子应用中展现了显著的优势。然而,SiC MOSFET较高的开关速度与较弱的短路承受能力对短路保护技术带来了新的挑战。该文首先介绍SiC MOSFET不同短路类型以及短路测试方法;其次对SiC MOSFET短路失效模式及失效机理进行分析;然后详细梳理现有SiC MOSFET短路检测与短路关断技术的原理与优缺点,讨论现有SiC MOSFET短路保护技术在应用中存在的问题与挑战;最后对SiC MOSFET短路保护技术的发展趋势进行展望。

MOSFET与IGBT驱动电路的研究与设计

目前在桥式电路中上桥臂的驱动电路常采用自举驱动,由于各桥臂使用的是同一组电源因此相互之间存在着干扰,当参数选取不够合理时还会出现较高的电压尖峰损坏驱动芯片和开关管,在对驱动电路要求严格的场合通常需要为每个桥臂提供独立电源。目前市场上隔离DC/DC的产品较多,但专门为隔离驱动而设计的隔离DC/DC产品还比较少。通过对功率MOSFET和IGBT开通特性和关断特性的研究,得出了功率MOSFET和IGBT对驱动电路的要求。设计了一种带隔离DC/DC,适用于功率MOSFET和IGBT隔离驱动电路。并通过实验测试了该驱动电路的性能。

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。

IRF4115S型MOSFET电路板有限元热分析

在MOS管的并联电路板中,散热问题突出。将排列均匀的MOS管焊在铝基板上,解决MOS管的局部高温引起的热可靠性问题。利用ANSYS软件对焊有MOS管的铝基板进行有限元仿真热分析,得到整个铝基板的温度场分布、热应力和热变形情况,经验证该功率板的散热性能在允许范围内,电路板的设计合理可行。

大功率SiC MOSFET驱动电路设计

在实际工程应用的基础上,针对50k W/1MHz的高频感应加热大功率SiC MOSFET电路要求及SiC MOSFET开关特性进行开发研究。通过对SiC MOSFET的开通过程特性进行详细研究,得出使其可靠、安全驱动的要求,在现有已经成熟应用的Si MOSFET驱动电路基础上对其进行改进,研究适合工作在兆赫范围内的SiC MOSFET驱动电路。并采用双脉冲实验验证所设计驱动电路的基本特性及确定最佳门极电阻参数。