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《電工技術(shù)學(xué)報》2019年度優(yōu)秀論文獲獎?wù)撐暮唸?/p>

《光伏發(fā)電出力預(yù)測技術(shù)研究綜述》等15篇優(yōu)秀論文入選《電工技術(shù)學(xué)報》2019年度優(yōu)秀論文，榮獲中國電工技術(shù)學(xué)會表彰?，F(xiàn)將部分獲獎?wù)撐牡奈恼潞唸蠓窒斫o各位讀者，以期促進(jìn)本領(lǐng)域的技術(shù)交流。

傳統(tǒng)驅(qū)動下SiC MOSFET受高開關(guān)速度特性及寄生參數(shù)影響，橋臂串?dāng)_現(xiàn)象更加嚴(yán)重，而現(xiàn)有抑制串?dāng)_驅(qū)動電路又會增加開關(guān)損耗、開關(guān)延時和控制復(fù)雜程度，本文結(jié)合驅(qū)動阻抗控制與負(fù)壓關(guān)斷的串?dāng)_抑制方法，提出一種改進(jìn)門機驅(qū)動電路。試驗結(jié)果表明，相比典型抑制串?dāng)_驅(qū)動電路，提出的驅(qū)動方法在有效抑制串?dāng)_的同時，減小了開關(guān)損耗與開關(guān)延時。

團(tuán)隊介紹

重慶大學(xué)李輝教授研究團(tuán)隊主要圍繞可再生能源電力裝備安全可靠運行開展研究，擁有完備的材料-封裝-器件-裝備仿真及實驗平臺。近五年，團(tuán)隊在大功率電力電子器件可靠性研究方向承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金智能電網(wǎng)聯(lián)合基金重點項目1項“壓接型IGBT器件封裝老化失效演化機理及測評方法”，參與國家重點研發(fā)計劃項目3項“電力系統(tǒng)用國產(chǎn)高壓大功率IGBT芯片及模塊的應(yīng)用研發(fā)”、“碳化硅大功率電力電子器件及應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究”、“大容量電力電子裝備多物理場綜合分析及可靠性評估方法研究”；承擔(dān)國家自然基金面上項目2項，參與工信部高新技術(shù)科研項目1項，國際合作項目2項以及省部級科技項目10余項；獲重慶市科技進(jìn)步二等獎、三等獎各1項。

李輝

1973出生，教授，博士生導(dǎo)師，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃入選者，愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”，輸配電裝備及系統(tǒng)安全國家重點實驗室副主任，中國電機工程學(xué)會電力電子器件專業(yè)委員會委員，中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會綠色電機系統(tǒng)專業(yè)委員會專家，IET Renewable Power Generation副編輯。主持國家自然科學(xué)基金重點項目1項、面上項目2項，參與國家重點研發(fā)計劃項目2項和國際合作項目2項，獲重慶市科技進(jìn)步二等獎1項（第一完成人），發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文72篇，出版專著1部，授權(quán)國家發(fā)明專利16件，申請發(fā)明專利11件。主要研究方向為電力電子器件封裝與可靠性、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、特種電機系統(tǒng)設(shè)計與控制。

黃樟堅

1992出生，碩士研究生，研究方向為SiC電力電子器件驅(qū)動設(shè)計及應(yīng)用。

研究背景

近年來，以碳化硅（Silicon Carbide, SiC）MOSFET 為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件因其具有高開關(guān)頻率、高開關(guān)速度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點，已成為高頻、高溫、高功率密度電力電子變換器的理想選擇。然而隨著SiC MOSFET開關(guān)速度加快，橋式電路受寄生參數(shù)影響加劇，串?dāng)_現(xiàn)象更加嚴(yán)重。由于SiC MOSFET 正向閾值電壓與負(fù)向安全電壓較小，串?dāng)_問題引起的正負(fù)向電壓尖峰更容易造成開關(guān)管誤導(dǎo)通或柵源極擊穿，進(jìn)而增加開關(guān)損耗，嚴(yán)重時損壞開關(guān)管。

論文方法及創(chuàng)新點

提出一種在柵源極增加三極管串聯(lián)電容新型輔助支路的改進(jìn)驅(qū)動設(shè)計方法，該方法具有開關(guān)損耗小、延時較短、控制簡單的特點。論文首先闡述串?dāng)_現(xiàn)象的產(chǎn)生原理及其典型抑制方法，其次分析改進(jìn)驅(qū)動電路工作原理與關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計原則，最后，搭建雙脈沖實驗平臺，對改進(jìn)驅(qū)動電路有效性進(jìn)行實驗驗證。

改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路的思想是在串?dāng)_產(chǎn)生過程中，通過控制三極管開斷，使三極管串聯(lián)電容的輔助支路為米勒電流提供旁路通道，降低柵極驅(qū)動回路阻抗，抑制串?dāng)_，同時減小輔助支路電容對 SiC MOSFET開關(guān)特性的影響，其原理圖與相關(guān)開關(guān)波形如圖1、圖2所示。

圖1 改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路

圖2 改進(jìn)驅(qū)動電路相關(guān)波形

為了驗證改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路的有效性，本文基于 SiC MOSFET 器件 C2M0080120D，搭建了如圖3所示的雙脈沖測試實驗平臺，并對傳統(tǒng)驅(qū)動電路、典型抑制串?dāng)_驅(qū)動電路、改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路進(jìn)行了實驗對比。圖4給出了改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路原理，圖4~圖6分別給出了驅(qū)動電阻為10Ω，輸入電壓為400V，負(fù)載電流為5A時，不同驅(qū)動電路的實驗波形。

圖3 雙脈沖測試實驗平臺

圖4 傳統(tǒng)驅(qū)動電路實驗波形

圖5 典型驅(qū)動電路實驗波形

圖6 改進(jìn)驅(qū)動電路實驗波形

不同驅(qū)動電路實驗對比結(jié)果如表1所示。

表1 不同驅(qū)動電路實驗對比結(jié)果

結(jié)論

為了有效解決典型驅(qū)動電路在抑制串?dāng)_同時增加開關(guān)延時與開關(guān)損耗問題，本文提出了一種在SiC MOSFET柵源極增加三極管串聯(lián)電容新型輔助支路的改進(jìn)抑制串?dāng)_驅(qū)動電路及其設(shè)計方法，并通過原理分析與實驗驗證，表明了所提改進(jìn)串?dāng)_抑制驅(qū)動電路及其參數(shù)設(shè)計方法的有效性。所得主要結(jié)論如下：

①傳統(tǒng)無輔助支路的SiC MOSFET驅(qū)動電路，橋臂串?dāng)_現(xiàn)象明顯。典型抑制串?dāng)_驅(qū)動和本文所提改進(jìn)驅(qū)動電路都能有效抑制串?dāng)_問題。

②無論是典型抑制串?dāng)_驅(qū)動電路，還是本文提出的改進(jìn)驅(qū)動電路，SiC MOSFET開關(guān)損耗都會隨驅(qū)動電阻、輸入電壓、負(fù)載電流的增大而增加；而SiC MOSFET開關(guān)延時受輸入電壓與負(fù)載電流影響相對較小，但也會隨驅(qū)動電阻的增大而增加。

③相比典型抑制串?dāng)_驅(qū)動設(shè)計，本文所提改進(jìn)驅(qū)動設(shè)計有效降低了開關(guān)延時與損耗，且隨著驅(qū)動電阻、輸入電壓、負(fù)載電流增大，降低SiC MOSFET開關(guān)損耗的效果更明顯，進(jìn)一步說明本文所提方法在抑制串?dāng)_和提高開關(guān)特性方面更具優(yōu)勢。

引用本文

李輝, 黃樟堅, 廖興林, 鐘懿, 王坤. 一種抑制SiC MOSFET橋臂串?dāng)_的改進(jìn)門極驅(qū)動設(shè)計[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2019, 34(2): 275-285. Li Hui, Huang Zhangjian, Liao Xinglin, Zhong Yi, Wang Kun. An Improved SiC MOSFET Gate Driver Design for Crosstalk Suppression in a Phase-Leg Configuration. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(2): 275-285.