一种用于抑制移相全桥变换器串扰的驱动电路及控制方法

专利2026-01-20  4


本发明涉及一种驱动电路及控制方法,尤其涉及一种桥式变换器的驱动电路及控制方法。


背景技术:

1、sic mosfet凭借开关频率高、开关损耗低、承受温度高等优势,常被运用在桥式变换器中。但开关频率的提高,也意味着串扰现象变得严重。如何在高开关频率的前提下,保障桥式变换器的安全运行是当前学术界与工业界研究的重点。

2、常见的串扰抑制方法是在sic mosfet的栅源极并联电容,通过减小栅源之间的阻抗来抑制串扰电压。此方法只关注由栅漏极电容引起的串扰问题,忽略了共源极电感给栅源极电压带来的影响。第二种串扰抑制方法是调节关断电压法,此方法也不能同时解决栅漏极电容和共源极电感引起的串扰问题。


技术实现思路

1、发明目的:针对上述现有技术,提出一种用于抑制移相全桥变换器串扰的驱动电路及控制方法,同时解决由栅漏极电容和共源极电感引起的串扰问题。

2、技术方案:一种用于抑制移相全桥变换器串扰的驱动电路,所述移相全桥变换器中的变换器开关管均为sic mosfet,所述移相全桥变换器中的各个变换器开关管分别连接有所述驱动电路;

3、所述驱动电路包括第一电压源和第二电压源,第一开关管、第二开关管、驱动电阻、第一支路和第二支路,第一电压源的正极与第一开关管的漏极相连,第一开关管的源极与驱动电阻的一端以及第二开关管的漏极相连,所述驱动电阻的另一端与变换器开关管的栅极、第一支路的一端和第二支路的一端相连,第二开关管的源极与第二电压源的负极相连,第二电压源的正极、第一电压源的负极、第一支路的另一端、第二支路的另一端和变换器开关管的源极相连;

4、所述第一支路包括串联连接的第三开关管和第一电阻;

5、所述第二支路包括第四开关管、第一二极管、第二二极管、第一三极管、第一电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻,第四开关管的源极与变换器开关管的栅极相连,第四开关管的漏极与第一二极管的负极相连,第一二极管的正极与第二电阻的一端相连,第二电阻的另一端与第二二极管的负极以及第三电阻的一端相连,第三电阻的另一端与第五电阻的一端以及第四电阻的一端相连,第四电阻的另一端与变换器开关管的源极相连,第一三极管的发射极与第二二极管的正极相连,第一三极管的基极与第五电阻的另一端相连,第一三极管的集电极与第一电容的一端相连,第一电容的另一端与变换器开关管的源极相连。

6、进一步的,所述第三开关管由两个mos管以漏极连接漏极的方式构成。

7、进一步的所述第二电压源的电压值满足下式:

8、

9、其中,vee为第二电压源的电压值;系数k为预设的用于抵消参数波动所选取的裕量,vth为所述变换器开关管的阈值电压,qgd是所述变换器开关管中寄生电容转移的电荷量,cgs为所述变换器开关管的栅源电容;

10、所述驱动电阻和第一电阻的选取满足下式:

11、

12、其中,r1为第一电阻,rs3为第三开关管的导通内阻,rg为驱动电阻,vr为预设的变换器开关管关断电压;

13、所述第二支路用于实现阻抗值切换,所述阻抗值切换的条件满足下式:

14、

15、其中,vgs为变换器开关管的栅源电压,vd1为第一二极管的导通电压,vd2为第二二极管的导通电压,vb为第一三极管发射结正向偏置电压,r2为第二电阻,r3为第三电阻,r4为第四电阻。

16、一种基于所述驱动电路抑制移相全桥变换器串扰的控制方法,所述移相全桥变换器包括两个桥臂,每个所述桥臂包括上开关管和下开关管,所述控制方法包括:

17、所述上开关管开通前,上开关管驱动电路中第二开关管打开,第一开关管、第三开关管、第四开关管关闭,下开关管驱动电路中先将第二开关管打开,第一开关管、第三开关管、第四开关管关闭,当下开关管的栅源极电压绝对值与第二电压源的电压值相等时,下开关管驱动电路中第二开关管关闭,第一开关管、第三开关管、第四开关管保持关闭,下开关管得到能抑制上开关管开通串扰的第一模态;

18、所述第一模态期间下开关管驱动电路中所有开关管保持关闭,上开关管驱动电路中第一开关管打开、第二开关管关闭,第三开关管、第四开关管保持关闭,则上开关管开通,当下开关管栅源极电压趋于稳定时,所述第一模态结束;然后下开关管驱动电路中第三开关管打开,第一开关管、第二开关管、第四开关管保持关闭,当下开关管的栅源极电压为零电压时,下开关管驱动电路中第四开关管打开、第三开关管关闭,第一开关管、第二开关管保持关闭,下开关管得到能抑制上开关管关断串扰的第二模态;

19、所述第二模态期间下开关管驱动电路中第四开关管保持开通、第一开关管、第二开关管、第三开关管保持关闭,上开关管驱动电路中第二开关管、第三开关管打开,第一开关管关闭,第四开关管保持关闭,则上开关管关断,当下开关管栅源极电压趋于稳定时,移相全桥变换器其中的一个桥臂的串扰抑制过程结束。

20、有益效果:本发明能有效解决由栅漏极电容和共源极电感引起的串扰问题。上开关管开关过程中,下开关管栅源极电压始终不会超过阈值电压,也不会超过最大允许负压,确保全桥变换器的安全运行。



技术特征:

1.一种用于抑制移相全桥变换器串扰的驱动电路,所述移相全桥变换器中的变换器开关管均为sic mosfet,其特征在于,所述移相全桥变换器中的各个变换器开关管分别连接有所述驱动电路;

2.根据权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,所述第三开关管由两个mos管以漏极连接漏极的方式构成。

3.根据权利要求1所述的驱动电路,其特征在于,所述第二电压源的电压值满足下式:

4.一种基于权利要求1-3任一所述驱动电路抑制移相全桥变换器串扰的控制方法,所述移相全桥变换器包括两个桥臂,每个所述桥臂包括上开关管和下开关管,其特征在于,所述控制方法包括:


技术总结
本发明公开一种用于抑制移相全桥变换器串扰的驱动电路及控制方法,该变换器的开关管均为SiC MOSFET,移相全桥变换器中的各个变换器开关管分别连接驱动电路,开关管驱动电路在不减慢SiC MOSFET的开关速度的前提下,同时抑制由栅漏电容和共源寄生电感引起的串扰电压,将作为受扰动管的SiC MOSFET栅源电压始终控制在阈值电压和最大负向电压之间。

技术研发人员:张雷,郭润东,任磊,姚志远,郑一专,杨素素,柏树根,钟键
受保护的技术使用者:南通大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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