基于PID控制SIC半桥HID驱动信号系统设计

搭建以TMS320F28335为核心的脉宽调制(PWM)数字化输出与信号处理系统,结合位置式PID控制算法,调整PWM信号占空比,控制半桥驱动电路的功率,提供多种工作模式,实现不同工作功率输出.相较于传统的模拟控制技术,该编程解决了半桥死区时间控制.设计隔离式碳化硅高频半桥驱动电路,解决了SiC MOSFET驱动串扰抑制,优化开关速度,减少功率电路对小信号处理的干扰.实验结果表明,该数字化信号驱动系统具有稳定、灵活、可靠控制高压气体放电灯(HID)输出工作功率,为公共照明电路的控制带来便利与高效.

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。

SiC MOSFET开关特性及驱动电路的设计

与硅(Si)功率器件相比,碳化硅(SiC)功率器件的掺杂浓度更高,禁带更宽,在高电压下导通阻抗更小,因此应用于大功率场合可以提高开关频率,减小变换器体积重量。根据SiC MOSFET的开关特性,设计了一种SiC MOSFET的驱动电路,采用双脉冲电路对其开关时间、开关损耗等进行了实验测量,分析了不同阻值驱动电阻对SiC MOSFET模块开关时间和开关损耗的影响。

基于SiC器件同步整流的高效Boost电路

Boost电路的效率高低直接决定着其应用效果和其所在系统的性能,提高Boost电路的效率至关重要。深入研究SiC器件的特点,在Boost电路中采用新颖的SiC功率半导体器件替代传统的Si器件。设计了适用于SiC MOSFET的驱动电路,引入同步整流技术,并部分地实现了功率器件的软开关,最终设计出了高效的应用在高压场合的Boost电路。实验结果表明全采用SiC器件的Boost电路效率得到了较大提高,可在更高频率下工作,应用同步整流和软开关技术后进一步提高了效率。

SiC MOSFET特性分析及应用

碳化硅MOSFET因其材料的特殊性,适合高压、高频和高功率密度场合。该文设计一种碳化硅MOSFET的驱动电路,通过软件PSpice对碳化硅MOSFET以及碳化硅肖特基二极管的开关特性进行仿真研究,并设计RC缓冲电路解决开关的尖峰震荡问题。搭建硬件实验电路,在Buck电路中针对碳化硅MOSFET和Si IGBT在不同负载和占空比下进行电路效率分析。实验结果表明碳化硅MOSFET开关速度快、开关损耗小以及驱动电阻小。碳化硅肖特基二极管无反向恢复特性,适合高频下工作。RC缓冲电路能有效抑制开关产生的尖峰和震荡,在Buck电路中碳化硅MOSFET比Si IGBT在不同负载和占空比下效率要高。

SiC MOSFET的短路特性

以SiC MOSFET为代表的功率器件的驱动及保护技术长期被国外垄断,国内对SiC MOSFET的驱动保护技术研究较少。SiC MOSFET栅极氧化层薄、短路耐量小,由于高频开关特性,其对回路寄生参数的影响更加敏感,桥臂结构应用时更易因串扰而引起误导通,因此快速检测并可靠关断的短路保护技术显得尤为重要。设计了基于FPGA的数字式SiC MOSFET驱动保护电路,实现了短路保护盲区时间易于调整。搭建了第一类短路测试平台并对SiC MOSFET进行了短路测试,分析了漏源极电压退饱和保护及短路测试平台原理,在此基础上研究了栅极电阻、栅源极电压等外部参数对SiC MOSFET短路特性的影响,为SiC MOSFET器件的应用及驱动器的设计提供了一定的指导。

矿用SiC-MOSFET充电器驱动电路的设计

针对矿用井下充电器存在规格多、体积大、质量大、效率低等问题,本文选择在主电路拓扑结构中采用碳化硅器件。依据碳化硅器特性,本文采用集成驱动核设计了一款驱动电路,分析了碳化硅驱动电路的技术特点,计算了驱动功率,给出了驱动电路的设计原理图。实验结果表明:设计的SiC-MOSFET驱动电路有较好的可靠驱动能力,具有较好的保护能力。

基于SiC器件的高效光伏Boost电路

提高DC/DC变换器运行效率对实现MPPT和提高光伏系统的效率尤为重要。采用扰动观察法,通过Boost电路实现光伏电池的MPPT。用新型的SiC功率半导体器件替代Boost电路中的Si器件,结合所设计的适用于SiC MOSFET的驱动电路以提高Boost电路效率。实验结果表明,同样为2 kW的Boost电路,相同频率下,全SiC器件比全Si器件效率提高了2%左右;全SiC器件电路的频率高于全Si器件电路时,前者的效率高于后者,光伏系统的效率也相应提高。

碳化硅MOSFET驱动电路的研究与设计

随着碳化硅功率器件技术的不断发展,碳化硅功率器件发展优势明显,将逐步成为未来主流功率半导体器件。多家公司推出了多款碳化硅MOSFET,但是对于高压应用的碳化硅MOSFET驱动产品还处于半空白状态。文章针对A公司FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块的驱动进行了研究与设计,在满足碳化硅驱动电流的基础上,增加了有源钳位保护、退饱和保护、故障信号反馈功能。有源钳位保护电路中具有动态有源钳位设计,在MOSFET关断时,降低嵌位电压来快速保护MOSFET,静态时抬高嵌位电压防止误动作。退饱和保护电路检测到故障后可迅速关闭驱动,并将故障信号进行反馈。通过双脉冲测试,验证了文中设计的驱动板功能,对FF11MR12W1M1B11型碳化硅模块在后续项目中的应用具有重要意义。

SiC MOSFET在航空静止变流器中的应用研究

航空静止变流器实现机载直流电到交流电的转换,对功率密度、效率、环境适应性、可靠性和电气性能等有较高的要求。碳化硅(SiC)半导体器件的开关速度快、高温特性好,在航空静止变流器中有很好的应用前景,但目前关于宽禁带器件在航空静止变流器中应用的研究比较少。首先结合现有的典型航空静止变流器电路拓扑分析了SiC MOSFET应用的关键问题;然后针对航空静止变流器逆变级的两级级联半桥逆变器,对比分析了应用SiC MOSFET与Si MOSFET的损耗大小,分析结果表明在现采用的开关频率下,即使现有SiC MOSFET导通损耗较大,但总损耗仍较小;且开关频率越高,SiC MOSFET的效率优势越明显,最后为适应高开关频率SiC MOSFET逆变器的需要设计了一种适应高开关频率和宽占空比变化信号的SiC MOSFET驱动电路,搭建了1台500 VA、115 V/400 Hz两级级联半桥逆变器实验样机,并验证了应用SiC MOSFET的航空静止变流器逆变级的可行性。

一种应用于SiC BJT脉冲放电的快速驱动电路

提出了1种应用于SiC BJT脉冲放电的快速驱动电路,采用电容储能的思想设计了SiC BJT驱动电路和脉冲放电电路。脉冲放电时,整个电路与电网间由高阻隔离;采用达林顿结构实现了充电电路;驱动电路基于硅MOSFET和硅BJT 2级电路,对光耦电流进行快速功率放大。实验结果表明,SiC BJT在脉冲放电时,基极电流从0过渡到器件导通所需电流的上升时间约为6ns。所提出的驱动电路设计思想对高压双极型功率半导体器件的快速驱动开发具有启发意义。

SiC MOSFET驱动电路设计及特性分析

近年来基于SiC和GaN的宽禁带半导体器件开始逐渐替代传统的Si IGBT器件,而面对高的开关速度所带来的问题,宽禁带半导体器件的开关特性分析以及驱动电路的设计在系统可靠运行方面显得尤为重要。以SiC MOSFET模块C2M0280120D为例设计了一款驱动电路,并在双脉冲测试平台对驱动电路进行了验证,同时分析了不同栅极驱动电阻对SiC MOSFET开关特性的影响。比较了传统Si器件和SiC宽禁带半导体器件在静态特性和开关特性上的差异,以分析SiC MOSFET驱动与传统Si IGBT驱动的区别。最后验证了所设计的驱动电路能保证驱动速度和栅极电压需求,并通过栅极电阻改变开关特性。

SiC电机驱动系统传导电磁干扰建模及预测

在基于碳化硅(SiC)功率器件的电机驱动系统中,由于SiC器件较高的dv/dt、di/dt,产生了不可忽略的振荡,传统的传导电磁干扰(EMI)电路模型不再适用。该文提出一种SiC电机驱动系统的传导EMI等效电路建模及预测方法。首先,建立考虑寄生参数的SiC电机驱动系统的线性时不变等效电路,通过分析,证明准确估计传导干扰水平必须同时计算作为干扰源的功率管电流、电压所产生的干扰;然后,建立差模、共模干扰等效电路模型,进行各部件等效电路模型的建模并根据实验所用电机驱动系统进行参数计算;最后,根据等效电路,对电源端口处的干扰频谱进行预测,并与EMI接收机的实测结果进行对比,验证了所建模型的准确性,并且验证了该方法在高频段提高差模干扰计算结果的准确性。

一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路

随着SiC MOSFET开关频率的不断增加,逆变器桥臂串扰现象越发严重并易造成桥臂直通短路,这限制了SiC MOSFET开关频率的进一步提高。该文提出一种SiC MOSFET串扰抑制的谐振辅助驱动电路,通过在栅源之间添加电容电感辅助谐振电路,能够在SiC MOSFET关断期间完成负压到零压的变化,同时不需要使用有源器件。当SiC MOSFET开通时,辅助电路让栅极电压从0.7V上升而非负压上升,相较于传统驱动电路,开关速度更快、开关损耗更低;而且同时具备抑制正向串扰和反向串扰的优点。该文分析电路的参数设置,并通过仿真和实验验证了该电路相对于传统驱动电路的优势。

SiC器件在大功率LD驱动源模块中的应用

介绍了SiC功率器件的应用优势并将其应用到了大功率LD驱动源模块中;对SiC MOSFET的开关参数及特性进行了分析,并设计了一种简单实用的SiC隔离驱动。本文应用SiC器件设计了一款120V/120A全SiC LD驱动源模块,功率模块主电路拓扑采用四路交错并联Buck电路,电路中的开关管和二极管全部使用SiC功率器件,功率模块最高效率达到98%。

大电流下SiC MOSFET功率模块的驱动器研究

由于碳化硅(SiC)MOSFET具有高频、低损耗、高耐温特性,在提升新能源汽车逆变器效率和功率密度方面具有巨大优势。对于SiC MOSFET功率模块,研究大电流下的短路保护问题、高开关速度引起的驱动振荡问题尤为重要。针对这些问题,设计了大电流下SiC MOSFET功率模块的驱动器,包括电源电路、功率放大电路、短路保护电路、有源米勒钳位电路和温度检测电路。在分析了驱动振荡机理后,通过有限元软件提取了驱动回路的寄生电感,优化驱动回路布局,使得开通与关断回路杂散电感分别降低到6.50 nH和5.09 nH。最后,以Cree公司的1200 V/400 A CAB400M12XM3功率模块为测试对象,利用双脉冲实验验证了所设计驱动电路的合理性及短路保护电路的可靠性,对于800 A的短路电流,可以在1.640μs内实现快速短路保护。

抑制SiC MOSFET瞬态电压尖峰的改进驱动电路设计

与硅器件相比,碳化硅金属氧化物半导体场效应管(SiC MOSFET)具有更高的开关频率与开关速度,使得传统驱动下SiC MOSFET受寄生参数影响电压尖峰问题更为严重。而现有抑制瞬态电压尖峰方法作用有限,往往会增加开关延时与开关损耗且控制程度复杂。因此文章结合有源箝位电路与注入栅极电流抑制电压尖峰的方法,提出了一种改进驱动电路。首先阐明SiC MOSFET瞬态电压尖峰产生原理。其次,在有源箝位电路与注入栅极电流抑制电压尖峰前提下,基于控制辅助三极管开通与关断,注入栅极电流思想,提出一种在栅源极增加三极管串联电容的改进驱动电路方法,并分析了其工作原理,给出了设计参数。最后,搭建了双脉冲测试平台,对抑制瞬态电压尖峰的改进驱动电路实用性及有效性进行了验证。

一种提高SiC MOSFET在高开关速率下栅极电压稳定性的驱动电路

高开关速率且栅极电压稳定的驱动是SiC MOSFET高频工作、进而实现功率变换系统小型化和轻量化的关键技术之一。针对如何在高开关速率下稳定驱动SiC MOSFET,并实现可靠的短路保护,根据栅源电压干扰的传导特点,基于辅助器件的跨导增益构建负反馈控制回路,提出一种SiC MOSFET栅极驱动,进而研究揭示该驱动的短路保护策略。首先,基于跨导增益负反馈构造栅极驱动电路并分析其工作原理;其次,研究该驱动的串扰抑制能力与短路保护特性;最后,通过实验证明基于跨导增益负反馈的栅极驱动电路的可行性,及其在串扰抑制和短路保护中的有效性。

SiC MOSFET驱动与保护电路设计

介绍了SiC MOSFET驱动电路的设计要求,基于ACPL-355JC光耦驱动模块设计了SiC MOSFET驱动和保护电路。该电路具有驱动能力强、响应迅速和多种保护等优势。另外,针对SiC MOSFET开关过程中存在的瞬态电压尖峰和振荡问题,分析了SiC MOSFET开关过程中产生过电压和振荡的机理,并在此基础上提出一种RC吸收电路参数的计算方法。实验结果表明利用该方法设计的RC吸收电路能够有效解决SiC MOSFET在开关过程中的过电压和振荡问题﹐从硬件电路上有效降低开关噪声,从而保护功率器件。

并联SiC-MOSFET可调节驱动电路设计

目前,在电动汽车、航空航天、煤矿、海洋油田等高电压等级、高频、高温、高功率密度环境中,碳化硅器件容易出现过流过压等短时过载情况而目前市场应用的多数驱动电路无法适应各种型号的SiC-MOSFET,本文设计了一种以IX4351为驱动芯片,可适应大多数厂家碳化硅器件参数的驱动电路。该驱动电路可实现负压调节自适应各类型号的SiC-MOSFET并且能够提供足够的峰值电流,实现驱动碳化硅并联电路,分析了碳化硅驱动电路的特点,计算了驱动功率,给出以IX4351为驱动核的驱动电路原理图。仿真和实验结果证明,本文中设计的SiC-MOSFET驱动电路可驱动并联SiC-MOSFET,能够驱动不同厂家提供的不同参数的碳化硅器件。