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一种改进SiC MOSFET开关性能的有源驱动电路

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中国电机工程学报 2020年第18期40卷 5760-5769页

作者：李先允卢乙倪喜军王书征张宇唐昕杰南京工程学院江苏省南京市211167

与硅金属氧化物半导体场效应管(silicon metal oxide semiconductor field effect transistor,SiMOSFET)相比,碳化硅(silicon carbide,SiC) MOSFET具有更高的击穿电压,更低的导通电阻,更快的开关速度和更高的工作温度,正被广泛应用于光伏逆变器、电动汽车和风力发电等领域,但是SiC MOSFET的高开关速度会导致器件开关过程中发生电流、电压过冲和振荡,不仅会增加器件的开关损耗,甚至会导致器件损坏。文中首先对SiC MOSFET的开关过程进行详细分析,得出器件开关过程中电流、电压过冲和振荡的产生机理,然后根据影响电流、电压过冲和振荡的关键因数,设计一款有源驱动电路。该电路能够在器件开关的特定阶段内同时增加驱动电阻阻值和减小栅极电流,从而抑制器件开关过程中的电流、电压过冲和振荡。实验结果表明,与传统驱动电路相比,所设计的有源驱动电路能够在不同驱动电阻、负载电流和SiC MOSFET条件下,均有效抑制器件的电流、电压过冲和振荡。

关键词：碳化硅金属氧化物半导体场效应管有源驱动电路过冲振荡

提升桥式电路中SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路研究

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中国电机工程学报 2022年第21期42卷 7922-7933页

作者：李虹邱志东杜海涛邵天骢王作兴北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044

碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)以其低开关损耗、高工作频率、高开关速度等优点越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。然而,电路中寄生电感的存在... 详细信息

碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)以其低开关损耗、高工作频率、高开关速度等优点越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。然而,电路中寄生电感的存在、过高的开关频率和速度,会使得SiC MOSFET在关断瞬态产生漏极电压尖峰和振荡,严重情况下可造成雪崩击穿;并且加剧栅极电压的串扰(crosstalk)现象。上述问题不仅对半导体器件的安全运行构成威胁,而且会恶化电力电子变换器的高频电磁干扰问题。为此,文中首先分析SiC MOSFET关断过程瞬态电压尖峰和振荡以及串扰的形成机理,并在此基础上提出一种基于dv/dt检测的提升SiC MOSFET关断性能和栅极电压稳定性的有源驱动电路。该驱动电路通过检测关断过程中漏极电压上升的斜率,在漏极电流下降阶段抬升栅极电压,从而抑制漏极电压尖峰和振荡;在串扰发生阶段构造低阻抗回路来有效抑制栅极的串扰尖峰。实验结果表明,所提有源驱动电路不仅能够有效抑制SiC MOSFET关断过程漏极电压的尖峰和高频振荡,而且能够有效抑制栅极串扰的正负向电压尖峰。因此,所提出的有源驱动电路可以有效抑制电力电子变换器的高频电磁干扰,提升其电磁兼容性能。

关键词：碳化硅金属氧化物半导体场效应管电压尖峰和振荡串扰有源驱动电磁干扰

抑制瞬态电压电流尖峰和振荡的电流注入型SiC MOSFET有源驱动方法研究

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中国电机工程学报 2019年第19期39卷 5666-5673页

作者：冯超李虹蒋艳锋赵星冉杨志昌北京交通大学电气工程学院

为了满足电力电子系统高频、高效和高功率密度的需求,碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。其开关过程中存在瞬态... 详细信息

为了满足电力电子系统高频、高效和高功率密度的需求,碳化硅金属氧化物半导体场效应管(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor,SiC MOSFET)越来越广泛地应用于各类电力电子变换器。其开关过程中存在瞬态电压电流尖峰和高频振荡,不仅对半导体器件的安全运行构成威胁,而且会恶化电力电子变换器的电磁兼容性。该文针对SiCMOSFET开关过程中存在的瞬态电压电流尖峰和振荡的问题,分析SiCMOSFET开关过程及瞬态电压电流尖峰和振荡产生机理,并在此基础上提出一种电流注入型有源驱动电路。该有源驱动电路通过在SiCMOSFET开通过程的电流上升阶段向栅极注入反向电流,在关断过程的电流下降阶段向栅极注入正向电流,以达到抑制开关过程瞬态电压电流尖峰和振荡的目的。实验结果表明,提出的有源驱动电路能够有效抑制SiCMOSFET开关过程瞬态电压电流的尖峰和高频振荡,从而从源头上改善了电力电子变换器的电磁兼容。

关键词：碳化硅金属氧化物半导体场效应管有源驱动尖峰振荡电磁干扰

桥式电路中SiC MOSFET串扰峰值预测算法研究

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中国电机工程学报 2023年第22期43卷 8862-8873页

作者：刘恒阳孔武斌涂钧耀楼航船巫翔龙李大伟曲荣海华中科技大学电气与电子工程学院湖北省武汉市430074 中国船舶集团有限公司第七二二研究所湖北省武汉市430205

文中针对串扰电压峰值与驱动回路阻抗间的非线性关系,分段分析共源电感存在时串扰产生机理,提出一种碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)串扰电压的分析... 详细信息

文中针对串扰电压峰值与驱动回路阻抗间的非线性关系,分段分析共源电感存在时串扰产生机理,提出一种碳化硅(silicon carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)串扰电压的分析模型及预测算法。所提算法综合考虑共源电感、非线性极间电容等寄生参数与探头接线的影响,可实现引脚测量串扰电压的准确计算及器件内部串扰电压的提取。进一步,该算法针对栅极回路建模,并利用实测数据引入漏源电压与源极电流时变性,可适用于多桥臂电路及不同器件工况。最后,实验结果表明,所提算法可精准预测不同关断态驱动阻抗下的串扰峰值,其正向峰值平均预测误差仅为3.2%。该算法可为SiC MOSFET驱动电路设计提供定量计算参考。

关键词：碳化硅金属氧化物半导体场效应管驱动阻抗设计串扰预测共源电感

抑制SiC MOSFET瞬态电压尖峰的改进驱动电路设计

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科技创新与应用 2021年第14期11卷 21-23,27页

作者：王文月牛萍娟天津工业大学电气工程与自动化学院天津300000 天津工业大学电子与信息工程学院天津300000

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... 详细信息

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。

关键词：碳化硅金属氧化物半导体场效应管电压尖峰驱动电路