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一种用于改善IGBT开关过冲的主动栅极控制技术
1
作者 谢海超 王学梅 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期280-291,共12页
绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)的广泛应用对其开关性能提出了很高的要求,传统的栅极驱动CGD(conventional gate drive)对IGBT开关过程中的电压和电流过冲调节效果有限,主要因其降低过冲总是以牺牲开关时... 绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)的广泛应用对其开关性能提出了很高的要求,传统的栅极驱动CGD(conventional gate drive)对IGBT开关过程中的电压和电流过冲调节效果有限,主要因其降低过冲总是以牺牲开关时间和开关损耗为代价。基于此,提出1种新的主动栅极驱动AGD(active gate drive)控制方法,用于抑制IGBT开关过程中产生的电流和电压过冲,其原理是在IGBT高di/dt和dv/dt阶段主动调节驱动电压,减小电流和电压的变化率,从而抑制电流和电压过冲。实验结果表明,相比传统驱动方法,所提方法可在基本不降低开关速度和不增加开关损耗的同时,显著降低IGBT开关过程中的电流和电压过冲。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 主动栅极驱动 电压和电流过冲
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SiC MOSFET模块串扰问题及应用对策研究 被引量:1
2
作者 刘敏安 罗海辉 +2 位作者 卢圣文 王旭 李诚 《机车电传动》 北大核心 2023年第2期36-42,共7页
针对SiC MOSFET模块应用过程中出现的串扰问题,文章首先对3种测量差分探头的参数和测量波形进行对比,有效减小测量误差;然后详细分析串扰引起模块栅源极出现电压正向抬升和负向峰值过大的原因,并提出3种有效应用对策:减小栅极阻抗、采... 针对SiC MOSFET模块应用过程中出现的串扰问题,文章首先对3种测量差分探头的参数和测量波形进行对比,有效减小测量误差;然后详细分析串扰引起模块栅源极出现电压正向抬升和负向峰值过大的原因,并提出3种有效应用对策:减小栅极阻抗、采用有源米勒箝位和三级关断串扰抑制电路。其中,减小栅极阻抗可减小感应压降,抑制栅源极过压;有源米勒箝位技术使栅源极电压串扰波形幅值限制在箝位电压范围;利用三级关断串扰抑制电路技术,显著抑制了栅源极电压的正向抬升和负向峰值,最后通过试验仿真验证了3种方法的有效性。 展开更多
关键词 串扰问题 栅源极电压 栅极阻抗 有源米勒箝位 三级关断电平驱动技术
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一种抑制SiC MOSFET电压电流过冲的有源门极驱动电路
3
作者 李欣宜 《半导体技术》 CAS 北大核心 2023年第11期1006-1011,1029,共7页
相较于Si MOSFET,SiC MOSFET的高电子迁移率使其能支持更高的开关速度,但与此同时会产生更大的电压、电流过冲,影响其应用的可靠性。提出了一种用于抑制SiC MOSFET漏源电压vds与漏极电流id过冲的有源门极驱动(AGD)电路,通过检测vds和id... 相较于Si MOSFET,SiC MOSFET的高电子迁移率使其能支持更高的开关速度,但与此同时会产生更大的电压、电流过冲,影响其应用的可靠性。提出了一种用于抑制SiC MOSFET漏源电压vds与漏极电流id过冲的有源门极驱动(AGD)电路,通过检测vds和id变化率(dvds/dt和did/dt),利用高速模拟反馈回路控制门极驱动电流的方式来调节dvds/dt与did/dt,进而减小vds与id过冲。此外,将AGD方案拓展到电流源驱动电路,提出了电流源有源门极驱动(ACGD)电路。相较于传统门极驱动(CGD),ACGD方案同时具有更快的开关速度与更小的电压、电流过冲。基于双脉冲电路对比了CGD与ACGD的不同效果,在采用ACGD电路后,电流过冲减小了20%,延时减少了30 ns;电压过冲减小了约7%,延时减少了60 ns,电压上升速率提高了约44%。 展开更多
关键词 SiC MOSFET 有源门极驱动(agd) 反馈控制 电流过冲 电压过冲
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混合IGBT模块开通振荡影响因素分析及抑制
4
作者 李肖 王之昕 +1 位作者 张惠 田伟 《电力电子技术》 北大核心 2023年第1期137-140,共4页
首先就门极驱动对开通振荡的影响因素进行分析和研究,使用了不同的门极驱动电压和门极充电电流进行混合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的开关测试,发现仅改变门极驱动参数不能明显减小开通振荡的持续时间。在此基础上进一步提出了一种用... 首先就门极驱动对开通振荡的影响因素进行分析和研究,使用了不同的门极驱动电压和门极充电电流进行混合绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的开关测试,发现仅改变门极驱动参数不能明显减小开通振荡的持续时间。在此基础上进一步提出了一种用阻尼电路抑制开通振荡的方法。通过理论分析和实验验证了阻尼电路可以有效地加快开通振荡的衰减,同时不会使开通电流过冲和损耗明显增加。结合阻尼电路和有源驱动方法可以令使用混合IGBT模块的系统获得更好的电磁兼容性能。 展开更多
关键词 混合绝缘栅双极型晶体管模块 开通振荡 有源驱动
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采用动态电压上升控制的1700 V大功率IGBT有源门极驱动技术 被引量:6
5
作者 李明 王跃 +1 位作者 高远 王兆安 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期2513-2519,共7页
为了抑制大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断电压尖峰,提出了一种有源门极控制方法及其优化方法。该控制方法采用电容反馈关断电压上升率来控制驱动电路,通过具备定时功能的高速高增益放大器降低反馈电容的容值,补偿集电极电流输出... 为了抑制大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的关断电压尖峰,提出了一种有源门极控制方法及其优化方法。该控制方法采用电容反馈关断电压上升率来控制驱动电路,通过具备定时功能的高速高增益放大器降低反馈电容的容值,补偿集电极电流输出响应相对于有源门极控制信号的延时,并保证所提出的有源门极控制方法仅在IGBT关断过程中工作,提高了电路工作的可靠性。通过SABER仿真分析了关键参数对该方法抑制关断电压尖峰效果的影响,提出了一套品质因数评价体系,用于定量评估不同参数下的控制效果。风力发电变流器在极端工况下的实验结果表明,所提出的方法使用较小容值的反馈电容依然能够在仅有400 V电压裕量的严厉条件下降低电流下降速率,从而保证了IGBT的安全工作。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 门极驱动 有源门极控制技术 有源钳位 开关 关断电压尖峰 风力发电
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电机驱动系统的电磁干扰抑制方法研究 被引量:9
6
作者 郑琦琦 杜明星 魏克新 《电气传动》 北大核心 2017年第7期3-6,11,共5页
电机驱动系统中大功率开关器件在关断过程产生严重的电磁干扰问题,对其抑制方法的研究成为热点。分析IGBT控制原理及电压波形,利用Saber软件建立电机驱动系统模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑无源器件的寄生参数,仿真传统门极控制、... 电机驱动系统中大功率开关器件在关断过程产生严重的电磁干扰问题,对其抑制方法的研究成为热点。分析IGBT控制原理及电压波形,利用Saber软件建立电机驱动系统模型,在传导干扰测试频率范围内,考虑无源器件的寄生参数,仿真传统门极控制、动态电压上升控制以及有源门极控制的直流侧和交流侧共模/差模干扰,通过对比得到有源门极控制下对系统干扰的抑制效果更好,有效降低系统的共模/差模干扰。基于有源门极控制方法,在改变IGBT开关频率的情况下分析干扰波形,对电力电子装置传导电磁干扰的抑制分析具有重要意义。 展开更多
关键词 绝缘栅双极型晶体管 电机驱动系统 电磁干扰 有源门极控制技术 抑制方法
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基于开关瞬态反馈的SiC MOSFET有源驱动电路 被引量:3
7
作者 刘平 陈梓健 +2 位作者 苗轶如 杨江涛 李伟 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第17期4446-4457,共12页
受内部寄生参数与结电容的影响,碳化硅(SiC)功率器件在高速开关过程中存在极大的电流电压过冲与高频开关振荡,严重影响了SiC基变换器的运行可靠性。因此,该文首先对SiC MOSFET开关特性进行深入分析,揭示栅极电流与电流电压过冲的数学关... 受内部寄生参数与结电容的影响,碳化硅(SiC)功率器件在高速开关过程中存在极大的电流电压过冲与高频开关振荡,严重影响了SiC基变换器的运行可靠性。因此,该文首先对SiC MOSFET开关特性进行深入分析,揭示栅极电流与电流电压过冲的数学关系;然后提出一种变栅极电流的新型有源驱动电路;通过对SiC MOSFET开关瞬态的漏极电流变化率dI_(d)/dt、漏-源极电压变换率dV_(ds)/dt以及栅极电压V_(gs)的直接检测与反馈,在开关过程的电流和电压上升阶段对栅极电流进行主动调节,抑制电流电压过冲与振荡;最后在多个工况下对本文所提方案进行实验验证。结果表明,与常规驱动方案相比,该文方法减小了30%~50%的电流电压过冲,有效抑制振荡与电磁干扰,提高了SiC MOSFET变换器的运行可靠性。 展开更多
关键词 碳化硅MOSFET 有源驱动 栅极电流 电流过冲 电压过冲
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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 被引量:7
8
作者 刘平 李海鹏 +3 位作者 苗轶如 陈常乐 陈梓健 孟锦豪 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期5730-5741,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 SiC MOSFET 有源门极驱动 电流动态调节 过冲 振荡 开关损耗
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高速动车组变流器大功率IGBT驱动器保护电路设计 被引量:2
9
作者 谢望玉 《铁道机车车辆》 2017年第6期31-35,共5页
国内高速动车组牵引变流器、辅助变流器均采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为功率开关器件。理想的IGBT驱动器除了提供适当的栅极正偏压和负偏压,使高压IGBT模块可靠地开通和关断,还应具有完善的保护功能。本文提出了IGBT栅极电压保护、... 国内高速动车组牵引变流器、辅助变流器均采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为功率开关器件。理想的IGBT驱动器除了提供适当的栅极正偏压和负偏压,使高压IGBT模块可靠地开通和关断,还应具有完善的保护功能。本文提出了IGBT栅极电压保护、短路保护、di/dt保护、集电极-发射极过电压保护的方法,并利用IGBT双脉冲试验台,进行试验验证。试验结果验证了保护方法的有效性。 展开更多
关键词 IGBT驱动器 栅极钳位 短路保护 有源钳位 保护
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基于门极放电补偿的串联IGBT有源驱动电路 被引量:5
10
作者 周野 王旭 +1 位作者 鲜亮 杨丹 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第18期3934-3945,共12页
针对串联IGBT关断期间存在的分压不均问题,该文提出一种旨在补偿关断瞬态各IGBT输入电容放电偏差的有源驱动电路以实现电压平衡控制。该驱动电路由产生补偿电量的电流吸收电路、基于实时承压实现闭环控制的控制采样电路及将高速高带宽... 针对串联IGBT关断期间存在的分压不均问题,该文提出一种旨在补偿关断瞬态各IGBT输入电容放电偏差的有源驱动电路以实现电压平衡控制。该驱动电路由产生补偿电量的电流吸收电路、基于实时承压实现闭环控制的控制采样电路及将高速高带宽模拟器件与相对低速控制算法相结合的触发电路三部分构成。与其他应用于IGBT串联的有源驱动电路相比,该电路仅使用原驱动IC输出信号的下降沿作为触发信号,且不引入额外的电源与信号隔离单元,易于与现有驱动电路相结合。控制采样周期与IGBT开关周期一致,避免了昂贵的高频控制芯片及模数/数模转换器的使用。该文在分析串联IGBT关断过程中门极放电偏差产生原因的同时对该驱动电路各部分原理予以说明,并给出其参数选取与设计原则。最后,通过实验验证了该驱动方案在串联IGBT均压控制上的有效性与适用性。 展开更多
关键词 串联IGBT 放电补偿 有源驱动 电压平衡
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基于开关轨迹优化的SiC MOSFET有源驱动电路研究综述 被引量:11
11
作者 王宁 张建忠 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期2523-2537,共15页
随着SiC MOSFET的推广,其开关暂态过程中的超调、振荡以及电磁干扰问题越来越受到人们的重视。有源栅极驱动(AGD)电路作为一种新型驱动电路,已被广泛应用于SiC MOSFET开关轨迹的优化控制。首先,该文分析AGD电路的工作原理,给出不同驱动... 随着SiC MOSFET的推广,其开关暂态过程中的超调、振荡以及电磁干扰问题越来越受到人们的重视。有源栅极驱动(AGD)电路作为一种新型驱动电路,已被广泛应用于SiC MOSFET开关轨迹的优化控制。首先,该文分析AGD电路的工作原理,给出不同驱动参数对开关特性的影响;其次,着重探讨阈值触发型AGD电路的工作模式,分别从暂态定位技术、逻辑处理架构和功率放大拓扑三方面对AGD电路进行归纳总结,并评价不同技术的优缺点,给出AGD电路设计的建议流程;最后,展望基于SiC MOSFET开关轨迹优化的AGD电路的发展趋势。 展开更多
关键词 SiC MOSFET 有源栅极驱动 开关轨迹 振荡
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基于主动栅极驱动的IGBT开关特性自调节控制 被引量:4
12
作者 凌亚涛 赵争鸣 姬世奇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期2482-2494,共13页
常规驱动(CGD)对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性的控制优化程度有限。当换流条件改变时,CGD方法也无法保证器件开关特性可以保持在最优状况,即缺乏自调节能力。学术界相应地提出主动栅极驱动(AGD)方法来实现对开关特性的自调节控制... 常规驱动(CGD)对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性的控制优化程度有限。当换流条件改变时,CGD方法也无法保证器件开关特性可以保持在最优状况,即缺乏自调节能力。学术界相应地提出主动栅极驱动(AGD)方法来实现对开关特性的自调节控制。但在实施自调节控制时,会遇到自调节控制稳定性、控制精度等方面的问题。该文在之前工作的基础上开展后续深入研究,针对这些问题,从理论上提出自调节控制时的3个关键设计点,并分别进行了实验验证,为AGD方法实施自调节控制提供了指导。该文综述已有驱动对IGBT关断峰值电压控制的缺陷,提出一种端电压峰值采样电路。将该采样电路与自调节控制结合,通过实验验证了直接控制端电压峰值的准确性,为更安全、更低损耗地关断IGBT打下了坚实基础。 展开更多
关键词 IGBT 开关特性 自调节控制 主动栅极驱动 开通延迟 关断端电压峰值
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功率PMOS管的有源泄放驱动电路研究 被引量:3
13
作者 员翠平 刘树林 +2 位作者 赵倩 张少雄 裴晋军 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第S02期528-533,共6页
为提高功率PMOS管的开关速度,分析其开关特性,提出一种能够快速开通与关断功率PMOS管的有源泄放驱动电路。通过在其栅源极间并接开关电路,并由PWM脉冲控制开关电路中电容充放电以实现并接开关管的开通与关断,迫使功率PMOS管栅-源寄生电... 为提高功率PMOS管的开关速度,分析其开关特性,提出一种能够快速开通与关断功率PMOS管的有源泄放驱动电路。通过在其栅源极间并接开关电路,并由PWM脉冲控制开关电路中电容充放电以实现并接开关管的开通与关断,迫使功率PMOS管栅-源寄生电容在开通期间快速充电,关断期间快速放电,从而快速开通与关断功率PMOS管;结合所提的驱动电路,深入分析功率PMOS管的开通与关断过程,并得出驱动电路主要元件的选取方法。将所提出的驱动电路应用于Buck变换器,结果验证了所提驱动电路的可行性及设计方法的正确性。 展开更多
关键词 功率PMOS管 栅-源寄生电容 开关特性 有源泄放驱动电路
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IGBT门极驱动技术现状和发展趋势 被引量:9
14
作者 焦明亮 李云 +2 位作者 朱世武 吴春冬 余军 《大功率变流技术》 2015年第2期18-23,共6页
分析了IGBT的工作特点及其对门极驱动器提出的新要求,并通过对当前主流门极驱动器供应商的产品的举例分析,对门极驱动技术的现状和发展趋势进行了研讨和总结。
关键词 IGBT 门极驱动 有源门极驱动 状态监控
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Frequency-selective Optimization of Periodic Gate Control Signals in DC/DC Converters for EMI-reduction
15
作者 Caroline Krause Stephan Frei 《Chinese Journal of Electrical Engineering》 CSCD 2022年第4期11-18,共8页
High-frequency switching of power transistors in power electronic systems can cause electromagnetic emissions.Simple approaches for reducing high-frequency disturbances,such as inserting an additional gate resistor,le... High-frequency switching of power transistors in power electronic systems can cause electromagnetic emissions.Simple approaches for reducing high-frequency disturbances,such as inserting an additional gate resistor,lead to increased power losses.This makes achieving both electromagnetic compatibility and power efficiency difficult.Active gate drivers help to find a trade-off between these two.Typically,only narrow-band disturbances must be reduced.Accordingly,a target signal with a spectrum notched at some frequencies can be defined.The target signal can be reached by a target-signal-oriented control of the transistor’s gate.This leads to steeper switching slopes,such that the power losses are less increased.Generating arbitrary target signals is impossible.The transistor signal exhibits some physical limitations.A constraint satisfaction problem must be solved,and the gate drive signal must be optimized by applying a residual and Newton’s method.The proposed optimization process in the frequency domain is based on the circuit simulation method named“harmonic balance”.Measurements on a DC/DC converter exhibit the benefits of this method. 展开更多
关键词 Power electronics active gate driving electromagnetic compatibility Newton’s method
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自调节驱动对SiC MOSFET变换器性能的提升 被引量:2
16
作者 凌亚涛 赵争鸣 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1079-1087,共9页
主动栅极驱动(AGD)通过控制栅极侧来优化碳化硅MOSFET器件的开关特性,但是目前对AGD性能的研究一般仅限于双脉冲实验,无法充分说明AGD在变换器中的实际作用,也没有说明AGD可以长期连续运行。该文作者此前已提出了一种针对绝缘栅双极型... 主动栅极驱动(AGD)通过控制栅极侧来优化碳化硅MOSFET器件的开关特性,但是目前对AGD性能的研究一般仅限于双脉冲实验,无法充分说明AGD在变换器中的实际作用,也没有说明AGD可以长期连续运行。该文作者此前已提出了一种针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的AGD方法,该文进一步研究了将所提方法用于碳化硅-金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)时需要补偿的参数,并用双脉冲实验验证了其相对于常规驱动(CGD)和已有的AGD方法的性能优势。结果表明,相对CGD,所提方法可以降低开通延迟、开通损耗、关断延迟、关断损耗分别达53%、30%、65%、67%。搭建了Buck电路,将所提驱动方法应用到Buck电路,验证其带来的开关过冲、变换器效率等的改善。在过冲相同时,所提方法与CGD相比,可提升变换器效率达0.3%~1%。 展开更多
关键词 SiC MOSFET 开关非理想特性 主动栅极驱动(agd) 变换器
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A driving pulse edge modulation technique and its complex programming logic devices implementation 被引量:1
17
作者 Xiao CHEN Dong-chang QU +1 位作者 Yong GUO Guo-zhu CHEN 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2015年第12期1088-1098,共11页
With the continual increase in switching speed and rating of power semiconductors, the switching voltage spike becomes a serious problem. This paper describes a new technique of driving pulse edge modulation for insul... With the continual increase in switching speed and rating of power semiconductors, the switching voltage spike becomes a serious problem. This paper describes a new technique of driving pulse edge modulation for insulated gate bipolar transistors(IGBTs). By modulating the density and width of the pulse trains, without regulating the hardware circuit, the slope of the gate driving voltage is controlled to change the switching speed. This technique is used in the driving circuit based on complex programmable logic devices(CPLDs), and the switching voltage spike of IGBTs can be restrained through software, which is easier and more flexible to adjust. Experimental results demonstrate the effectiveness and practicability of the proposed method. 展开更多
关键词 Driving pulse edge modulation Switching voltage spike Complex programmable logic device(CPLD) active gate drive
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