电源技能成长记
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GaN高频驱动电路思考!

各位朋友大家好!周末悄然而至,你的周末又在加班吗?话不多说,今天和大家谈论一下功率半导体器件驱动的事情。由于水平有限,如有错误还需大家多多包涵。


       驱动电路有许多种,不同的应用场景驱动电路也各有不同,多数情况下,我们获取知识的途径是知网,我们看看,目前学者们对驱动电路的研究现状。首先打开知网首页,在搜索框中选择关键词,输入“驱动电路”,来看看结果。一下子搜索出了5000多条信息。

       现在第三代宽禁带半导体器件的快速发展,可以突破Si器件的极限,那么宽禁带功率器件有诸多的优点,如:开关频率高、导通电阻小、寄生参数小等优势。驱动电路的性能要求也在逐渐的提高。下面看看,SiC驱动电路的研究。搜索发现,对宽禁带半导体的研究也非常多,这里就不一一罗列介绍,有兴趣的朋友可以自行查阅。


       这里主要跟大家谈谈,开关器件的仿真问题。功率器件开关过程分析起来比较复杂,通常实际情况我们往往做了简化,尤其是在仿真软件中,所有的器件都是理想器件,没有寄生参数,那么如果仿真中不考虑这些参数,那么我们的仿真结果就很难与实际结果相一致,这里举个例子吧,之前学习中从来就没有注意过功率器件的开关过程,只是简单的把开关比作为平时所见的开关。其实功率半导体器件开关过程中有许多的学问,比如密勒平台电压是怎么形成的?桥臂串扰如何产生的,又该如何抑制?如何减小驱动电路的功率损耗?等等。之前在仿真的时候从来就没有考虑过寄生参数,前段时间注意到了这个问题,仿真过程中加入了寄生参数,仿真结果发生了明显的改变。下面就分享一个MOS器件1MHz驱动仿真实验,利用仿真软件分别搭建了输入200V,输出400V、2.5A的Boost变换器。重点来看看驱动波形。开关管寄生电容全部考虑,这里驱动电路采用谐振驱动方式。密勒电容Cgd=80pF,仿真结果如下:

       图中第一个波形是开关管驱动波形,第二个为输出功率波形,与输出电压相同,只是数值不同。实验中,通过改变Cgd数值发现,平台持续时间也会随之改变。至于具体怎么变化,怎么影响,有兴趣的朋友可以自行研究或讨论。高频驱动中,如果驱动电路不做特殊考虑,那么电路的串扰也是一个十分重要的问题。

       驱动电路输入电容Ciss和电路阻抗过大,在关断过程中会造成图中现象,导致开关管误导通。加入串扰抑制电路后,可以很好的解决。

        加入抑制电路后,可以看到上述现象得到解决。


        下面再来看看软开关Boost变换器中的功率开关管的仿真波形,参数条件和上述案例相同。

         1Mhz时,不考虑驱动电路串扰抑制。

       图中可以看出驱动电路不满足驱动要求,如果改变参数,驱动电路的干扰会发生不同的变化。加入串扰抑制电路后,仿真结果如下。

        图中为开关管驱动波形和输出电压波形。

       图中为谐振电感电流和电压波形。

       串扰问题得到了很好的解决。

       仿真中发现,软开关Boost变化器,开关管驱动波形中没有了平台电压,这是由于什么原因造成的呢?这点十分困惑,哪位热心朋友可以帮助解答?

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  • 417zhouge 2021-06-04 17:27
    我抄袭别人的结论来回复一下软开关没有米勒平台的原因。 普通变换器MOS开通前一时刻,由于没有实现ZVS,Vds值很大为电源电压(上百V)。则在驱动来临时,驱动电流只能对Cgs进行充电;当Id电流到最大值时,再开始对Cgs、Cgd同时充电,电压缓慢上升(即米勒平台);
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