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隨著SiC MOSFET的推廣，其開關(guān)暫態(tài)過程中的超調(diào)、振蕩以及電磁干擾問題越來越受到人們的重視。有源柵極驅(qū)動（AGD）電路作為一種新型驅(qū)動電路，已被廣泛應(yīng)用于SiC MOSFET開關(guān)軌跡的優(yōu)化控制。

SiC MOSFET的開關(guān)軌跡優(yōu)化主要分為三個步驟：①確定時間節(jié)點；②選取軌跡路徑；③執(zhí)行軌跡優(yōu)化。開關(guān)軌跡優(yōu)化的時間節(jié)點大多在電力電子變換器主電路設(shè)計完成之后，此時電路拓?fù)洹⒒芈芳纳鷧?shù)、功率器件選型、負(fù)載電流范圍等因素基本落實，SiC MOSFET初始條件下的開關(guān)軌跡也隨之確定，AGD可以更有針對性開展調(diào)控。

SiC MOSFET開關(guān)軌跡優(yōu)化路徑的選取是以初始軌跡以及變換器應(yīng)用環(huán)境要求為導(dǎo)向的。

首先，設(shè)計者需要借助CGD電路對SiC MOSFET進(jìn)行雙脈沖測試，以獲得其初始開關(guān)軌跡下開關(guān)損耗、電氣超調(diào)、電磁干擾發(fā)射強(qiáng)度等基本數(shù)據(jù)。

其次，結(jié)合初始軌跡和應(yīng)用場景確定開關(guān)軌跡優(yōu)化的方向，電氣應(yīng)力、EMI強(qiáng)度、開關(guān)損耗的同步降低是最理想的開關(guān)軌跡，但由于降低開關(guān)速度勢必會影響開關(guān)損耗，有時需要設(shè)計者確定軌跡優(yōu)化的重心，例如，應(yīng)用于精密儀器的電源必須以削弱EMI為導(dǎo)向，器件安全區(qū)裕度不足時必須以降低電氣超調(diào)量為導(dǎo)向，而追求高效率的電力電子裝置則必須以最小化開關(guān)損耗為導(dǎo)向。

最后，設(shè)計者需要從初始軌跡出發(fā)，初步確定AGD電路的參數(shù)，提升AGD參數(shù)整定的效率。圖1給出了SiC MOSFET最理想的開關(guān)軌跡優(yōu)化趨勢。

圖1 SiC MOSFET軌跡優(yōu)化趨勢

暫態(tài)定位、邏輯判斷、功率放大三部分共同完成了AGD的開關(guān)軌跡優(yōu)化功能。目前，不同文獻(xiàn)

在三個模塊電路的設(shè)計上均作出了不同類型的嘗試。在對各設(shè)計方案進(jìn)行橫向?qū)Ρ群螅o出了基于開關(guān)軌跡優(yōu)化的SiC MOSFET有源驅(qū)動電路的基本設(shè)計流程，如圖2所示。

圖2 AGD設(shè)計流程

暫態(tài)定位模塊的觸發(fā)、邏輯判斷模塊的信號處理序列以及功率放大模塊的可靠調(diào)節(jié)是AGD電路有效工作的必要前提。其中，環(huán)路響應(yīng)的速度與對SiC MOSFET開關(guān)噪聲的抑制能力是設(shè)計者選擇不同模塊設(shè)計方案時需要重點關(guān)注的問題。

在功率放大模塊完成對于SiC MOSFET的超調(diào)、振蕩、EMI等負(fù)面效應(yīng)的抑制效果后，需要對AGD操作的時序進(jìn)行微調(diào)：一方面，閉環(huán)調(diào)節(jié)使得SiC MOSFET的開關(guān)速度產(chǎn)生變化，暫態(tài)定位點會產(chǎn)生一定的漂移，需要進(jìn)行相應(yīng)的補償；另一方面，隨著開關(guān)速度的降低，SiC MOSFET的開關(guān)損耗會上升，調(diào)節(jié)作用時間能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)損耗與開關(guān)速度的折中。常用的時序微調(diào)方法有調(diào)節(jié)暫態(tài)定位觸發(fā)閾值以及在邏輯處理模塊中加入延時兩種。

能否適應(yīng)SiC MOSFET的實際運行是衡量AGD電路質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，不同類型的參數(shù)適應(yīng)性測試是必不可少的。

變電氣參數(shù)適應(yīng)性測試主要有三類：①變母線電壓測試，以驗證SiC MOSFET在不同電壓應(yīng)力條件下AGD電路的有效性；②變負(fù)載電流測試，以驗證不同工作負(fù)載下AGD電路的有效性；③變無源參數(shù)測試，即在不同驅(qū)動電阻、寄生參數(shù)等條件下驗證AGD電路的有效性。

變溫度參數(shù)適應(yīng)性測試主要有兩個目的：一方面，驗證AGD中附加模擬電路在長時間工作條件下是否會產(chǎn)生顯著溫漂影響正常工作；另一方面，驗證AGD能否繼續(xù)適應(yīng)SiC MOSFET發(fā)熱所帶來的軌跡漂移。變器件適應(yīng)性測試則是驗證AGD電路對于SiC 器件的普適性，不同型號的SiC MOSFET的開關(guān)特性有所不同，優(yōu)秀的AGD電路可以在不大幅修改設(shè)計參數(shù)情況下適應(yīng)不同器件。

以上步驟基本保證AGD的可靠性，成本的校核應(yīng)滲透在子模塊的方案選擇中，同樣需要考慮。

本文編自2022年第10期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于開關(guān)軌跡優(yōu)化的SiC MOSFET有源驅(qū)動電路研究綜述”，作者為東南大學(xué)電氣工程學(xué)院的王寧、張建忠。本課題得到了國家自然科學(xué)基金重大資助項目的支持。