【摘 要】
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随着第三代宽禁带半导体行业的飞速发展,SiC MOSFET越来越广泛的运用于工业领域,相比于普通的Si半导体功率器件,其具有耐高温,耐高压,低损耗和高开关频率的优势,因此SiC MOSFET在市场上的商业价值也逐步提升。驱动电路对半导体功率器件的运行至关重要,由于SiC MOSFET的特性和普通Si器件存在着差异,在高频工作的条件下,其本身对电路中的寄生参数更为敏感,因此SiC MOSFET驱动电
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“分布式光伏多端口接入直流配电系统关键技术和装备（2018YFB0904100）”所属课题“中压与低压分布式光伏直流变换器研制（2018YFB0904102）”； 国家电网公司科技项目（SGHB0000KXJS1800685）；
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随着第三代宽禁带半导体行业的飞速发展,SiC MOSFET越来越广泛的运用于工业领域,相比于普通的Si半导体功率器件,其具有耐高温,耐高压,低损耗和高开关频率的优势,因此SiC MOSFET在市场上的商业价值也逐步提升。驱动电路对半导体功率器件的运行至关重要,由于SiC MOSFET的特性和普通Si器件存在着差异,在高频工作的条件下,其本身对电路中的寄生参数更为敏感,因此SiC MOSFET驱动电路的设计要考虑到更多要素且具有一定的研究意义。本文通过对SiC MOSFET的特性进行详细分析,总结出设计SiC MOSFET驱动电路所需的充要条件,其中包括高速磁隔离信号的双向传输,SiC MOSFET的故障保护,以及半桥结构中高频串扰的抑制,并针对驱动的设计提出了集成化的思想。主要研究内容和研究成果如下:（1）.首先介绍宽禁带半导体器件的种类和国内外发展趋势,对比了普通Si半导体器件与SiC半导体在性能的差异,突出了SiC半导体在工业用途上的优势,阐明课题研究的意义和价值,在此基础上确定了驱动电路的隔离方式和驱动方案。（2）.对SiC MOSFET的特性进行详细分析,通过仿真分析电路中的寄生参数对SiC MOSFET器件的开关过程的影响以及能量损失,并针对栅极驱动建模研究,讨论在带有寄生参数下不同栅极电阻对栅极驱动的影响。（3）.详细分析了磁隔离驱动的技术特点,对磁隔离驱动信号传输技术原理进行了深入研究,分别设计了共享磁隔离变压器的同步脉冲群调制解调正向和故障保护信号反向传输电路,并对整个电路的设计进行了理论分析、仿真和样机电路制作,可以可靠实现SiC MOSFET的驱动和故障信号双向传输,关键技术可实现集成化,通过PCB无芯变压器传递信号。（4）.详细的分析了SiC MOSFET在工作的过程中可能产生的故障,在设计驱动电路的基础上增加了保护电路的设计,并在一些传统保护电路中加以改进和优化,通过仿真实验验证了设计的可行性,提高了SiC MOSFET在工作中的安全性能。（5）.建立了SiC MOSFET在半桥结构中工作的等效模型,详细分析了高频串扰产生的原因,通过仿真和理论证明栅极串扰主要是由SiC MOSFET器件米勒电容的充放电位移电流和驱动回路中共源电感的感应电压所引起的。针对串扰的抑制,在电路布局上提出了优化措施,并设计了变栅极电压控制电路。
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