宽温度范围低开关损耗SiC MOSFET驱动电路研究
发布时间：2021-03-01 23:28
随着半导体产业的不断进步,硅（Si）作为一种传统的半导体材料已经无法满足某些领域应用的需求,以碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料逐渐成为新的选择,在当前我国正在推进的5G、数据中心、新能源汽车等多个领域的“新基建”中具有广阔的应用前景。作为SiC材料的功率半导体器件,SiC MOSFET具有阻断电压高、通态电阻低、开关速度快和耐高温等优点。若要充分发挥其优势,则必须设计与之相匹配的栅极驱动电路,才能保证SiC MOSFET良好的开关瞬态性能。本文围绕SiC MOSFET栅极驱动电路,对其驱动方法改进、电阻参数计算以及驱动电路随温度变化特性等主要问题进行了分析研究。首先,本文分析了SiC MOSFET的开关过程,对开关过程进行了详细描述,对Si功率MOSFET和SiC功率MOSFET动态参数进行了比较,提出了SiC MOSFET驱动电路的具体要求。分析了栅极电阻和驱动电压对驱动特性的影响,在此基础上提出了一种变栅极电阻驱动电路,并对电路工作原理和电路设计进行了详细描述。其次,为了对所提出的驱动电路进一步优化,推导了栅极电阻的计算方法。该推导以考虑寄生参数的双脉冲测试电路为模型,以减...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温驱动电路拓扑Q1和Q2组成锁存电路，将脉冲变压器副边信号还原成PWM信号
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-45-000VAVCVsourceBACVBtdt图4-14欠电压检测路图4-15欠电压检测电路节点波形示意图4.4.3过电流保护电路设计过电流保护采用去饱和保护方式，这是一种简单易行的方式并广泛应用的方式，由图4-16中的Q10、Q11、Q12、D5、D6、D7、C5和C6组成。图4-16过电流保护电路当出现HSF或FUL故障时，SiCMOSFET的VDS迅速增加，二极管D5阻断，因此Q10将导通。Q10将漏极电压转换为调节的漏极电压，并从发射极输出，其比率通过调节电阻来设定。通过将经调节的漏极电压与+4V电压进行比较来完成短路检测。当其发射极处的经调节的漏极电压变得高于其基极处的+4V电压时，Q11接通，集电极有电流注入到Q12的基极，Q12导通，输出短路故障信号。D6的阴极连接开关管栅极可以防止电路在低电平时误动作。当栅极处于低电平时，D6将D7的阳极钳位到低电平，因此该保护电路在低电平时不会动作。为了防止开关瞬态干扰引起误动作，设置了消隐时间，通过调节RC电路电阻
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-45-000VAVCVsourceBACVBtdt图4-14欠电压检测路图4-15欠电压检测电路节点波形示意图4.4.3过电流保护电路设计过电流保护采用去饱和保护方式，这是一种简单易行的方式并广泛应用的方式，由图4-16中的Q10、Q11、Q12、D5、D6、D7、C5和C6组成。图4-16过电流保护电路当出现HSF或FUL故障时，SiCMOSFET的VDS迅速增加，二极管D5阻断，因此Q10将导通。Q10将漏极电压转换为调节的漏极电压，并从发射极输出，其比率通过调节电阻来设定。通过将经调节的漏极电压与+4V电压进行比较来完成短路检测。当其发射极处的经调节的漏极电压变得高于其基极处的+4V电压时，Q11接通，集电极有电流注入到Q12的基极，Q12导通，输出短路故障信号。D6的阴极连接开关管栅极可以防止电路在低电平时误动作。当栅极处于低电平时，D6将D7的阳极钳位到低电平，因此该保护电路在低电平时不会动作。为了防止开关瞬态干扰引起误动作，设置了消隐时间，通过调节RC电路电阻
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC MOSFET驱动电路设计及特性分析[J]. 徐建清,高勇,杨媛,孟昭亮,文阳,张乐. 半导体技术. 2020(05)
[2]SiC MOSFET驱动及保护电路设计[J]. 柳舟洲. 微电机. 2019(12)
[3]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[J]. 冯超,李虹,蒋艳锋,赵星冉,杨志昌. 中国电机工程学报. 2019(19)
[4]碳化硅MOSFET栅极驱动的优化设计[J]. 赵阳,刘平,黄守道,李波. 电力电子技术. 2019(07)
[5]SiC MOSFET开关特性及多等级栅电压驱动电路[J]. 乔小可,杨媛,王庆军. 电力电子技术. 2019(03)
[6]一种基于BJT的耐200℃高温碳化硅MOSFET驱动电路[J]. 金淼鑫,高强,徐殿国. 电工技术学报. 2018(06)
[7]SiC MOSFET特性分析及驱动电路研究[J]. 毛鹏,缠潇潇,张卫平. 电力电子技术. 2017(09)
[8]多管并联SiC MOSFET驱动电路串扰抑制方法[J]. 柴艳鹏,李亚斌,刘永飞,安国亮. 电力电子技术. 2017(09)
[9]100kHz低频功放SiC MOSFET串扰分析与驱动设计[J]. 龙根,罗志清,查明,赵锦波. 电力电子技术. 2017(08)
[10]多管并联SiC MOSFET驱动电路设计[J]. 彭咏龙,史孟,李亚斌,柴艳鹏. 电力电子技术. 2017(02)
硕士论文
[1]大功率SiC MOSFET器件特性与驱动保护研究[D]. 陈龙.北京交通大学 2019
[2]应用于高温环境的SiC MOSFET驱动电路研究[D]. 徐帅.西安电子科技大学 2019
[3]SiC MOSFET保护技术及振荡问题研究[D]. 李志坚.北京交通大学 2018
[4]SiC MOSFET特性研究：驱动、短路与保护[D]. 方跃财.浙江大学 2018
[5]碳化硅MOSFET器件建模及一体化驱动技术研究[D]. 李刚.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3058178
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温驱动电路拓扑Q1和Q2组成锁存电路，将脉冲变压器副边信号还原成PWM信号
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-45-000VAVCVsourceBACVBtdt图4-14欠电压检测路图4-15欠电压检测电路节点波形示意图4.4.3过电流保护电路设计过电流保护采用去饱和保护方式，这是一种简单易行的方式并广泛应用的方式，由图4-16中的Q10、Q11、Q12、D5、D6、D7、C5和C6组成。图4-16过电流保护电路当出现HSF或FUL故障时，SiCMOSFET的VDS迅速增加，二极管D5阻断，因此Q10将导通。Q10将漏极电压转换为调节的漏极电压，并从发射极输出，其比率通过调节电阻来设定。通过将经调节的漏极电压与+4V电压进行比较来完成短路检测。当其发射极处的经调节的漏极电压变得高于其基极处的+4V电压时，Q11接通，集电极有电流注入到Q12的基极，Q12导通，输出短路故障信号。D6的阴极连接开关管栅极可以防止电路在低电平时误动作。当栅极处于低电平时，D6将D7的阳极钳位到低电平，因此该保护电路在低电平时不会动作。为了防止开关瞬态干扰引起误动作，设置了消隐时间，通过调节RC电路电阻
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-45-000VAVCVsourceBACVBtdt图4-14欠电压检测路图4-15欠电压检测电路节点波形示意图4.4.3过电流保护电路设计过电流保护采用去饱和保护方式，这是一种简单易行的方式并广泛应用的方式，由图4-16中的Q10、Q11、Q12、D5、D6、D7、C5和C6组成。图4-16过电流保护电路当出现HSF或FUL故障时，SiCMOSFET的VDS迅速增加，二极管D5阻断，因此Q10将导通。Q10将漏极电压转换为调节的漏极电压，并从发射极输出，其比率通过调节电阻来设定。通过将经调节的漏极电压与+4V电压进行比较来完成短路检测。当其发射极处的经调节的漏极电压变得高于其基极处的+4V电压时，Q11接通，集电极有电流注入到Q12的基极，Q12导通，输出短路故障信号。D6的阴极连接开关管栅极可以防止电路在低电平时误动作。当栅极处于低电平时，D6将D7的阳极钳位到低电平，因此该保护电路在低电平时不会动作。为了防止开关瞬态干扰引起误动作，设置了消隐时间，通过调节RC电路电阻
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC MOSFET驱动电路设计及特性分析[J]. 徐建清,高勇,杨媛,孟昭亮,文阳,张乐. 半导体技术. 2020(05)
[2]SiC MOSFET驱动及保护电路设计[J]. 柳舟洲. 微电机. 2019(12)
[3]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[J]. 冯超,李虹,蒋艳锋,赵星冉,杨志昌. 中国电机工程学报. 2019(19)
[4]碳化硅MOSFET栅极驱动的优化设计[J]. 赵阳,刘平,黄守道,李波. 电力电子技术. 2019(07)
[5]SiC MOSFET开关特性及多等级栅电压驱动电路[J]. 乔小可,杨媛,王庆军. 电力电子技术. 2019(03)
[6]一种基于BJT的耐200℃高温碳化硅MOSFET驱动电路[J]. 金淼鑫,高强,徐殿国. 电工技术学报. 2018(06)
[7]SiC MOSFET特性分析及驱动电路研究[J]. 毛鹏,缠潇潇,张卫平. 电力电子技术. 2017(09)
[8]多管并联SiC MOSFET驱动电路串扰抑制方法[J]. 柴艳鹏,李亚斌,刘永飞,安国亮. 电力电子技术. 2017(09)
[9]100kHz低频功放SiC MOSFET串扰分析与驱动设计[J]. 龙根,罗志清,查明,赵锦波. 电力电子技术. 2017(08)
[10]多管并联SiC MOSFET驱动电路设计[J]. 彭咏龙,史孟,李亚斌,柴艳鹏. 电力电子技术. 2017(02)
硕士论文
[1]大功率SiC MOSFET器件特性与驱动保护研究[D]. 陈龙.北京交通大学 2019
[2]应用于高温环境的SiC MOSFET驱动电路研究[D]. 徐帅.西安电子科技大学 2019
[3]SiC MOSFET保护技术及振荡问题研究[D]. 李志坚.北京交通大学 2018
[4]SiC MOSFET特性研究：驱动、短路与保护[D]. 方跃财.浙江大学 2018
[5]碳化硅MOSFET器件建模及一体化驱动技术研究[D]. 李刚.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3058178
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