【摘 要】
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传统硅基半导体器件,受限于硅材料的物理特性和制造工艺,已无法满足电力电子变换器对高频和高功率密度的需求。碳化硅(Silicon Carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)作为第三代宽禁带半导体器件的代表,具有高开关速度,耐高温,低导通损耗的特点,是未来电力电子变换器的优先选
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传统硅基半导体器件,受限于硅材料的物理特性和制造工艺,已无法满足电力电子变换器对高频和高功率密度的需求。碳化硅(Silicon Carbide,SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)作为第三代宽禁带半导体器件的代表,具有高开关速度,耐高温,低导通损耗的特点,是未来电力电子变换器的优先选择。但由于寄生参数的影响,SiC MOSFET的高开关速度在开关过程中引发严重的电压电流过冲,同时在桥式电路中产生严重的串扰问题,影响了器件的安全运行。因此,本文针对抑制SiC MOSFET电压电流过冲和串扰的驱动电路进行研究。通过分析考虑寄生参数后SiC MOSFET的开关特性,研究了开关过程中电压电流过冲和振荡的机理;根据串扰过程,建立了串扰等效模型。基于双脉冲测试电路仿真讨论了驱动回路参数,功率回路参数和寄生参数对开关特性和串扰的影响。针对开关过程中的电压电流过冲问题,提出了一种基于瞬态电压抑制(Transient Voltage Suppressor,TVS)二极管的变阻驱动电路。该电路利用TVS二极管的反向击穿特性,减小驱动电阻,在米勒平台前期加速开关过程,不仅保留了使用大驱动电阻抑制电压电流过冲的优势,而且弥补了开关速度减慢的缺点。通过分析TVS二极管的击穿电压对抑制电压电流过冲效果的影响,给出了TVS二极管的选取原则,最后利用双脉冲测试证明了该驱动电路的有效性。针对桥式电路中的串扰问题,分析了典型串扰抑制电路的不足之处,并基于负压关断和控制驱动阻抗的思想,提出了一种利用三极管投切电容来抑制正向串扰、钳位二极管来抑制负向串扰的改进串扰抑制驱动电路。通过详细分析所提驱动电路的工作原理,给出了驱动电路参数设计原则,最后通过双脉冲测试验证了所提电路对串扰的良好抑制效果,并可加速关断过程;与典型串扰抑制电路相比,提高了开关速度,减小了开关损耗。
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