一种基于准闭环的SiCMOSFET自适应有源栅极驱动方法

本发明涉及宽禁带功率器件的有源栅极驱动，尤其涉及一种基于准闭环的sic mosfet自适应有源栅极驱动方法。

背景技术：

1、宽禁带器件的应用是电力电子行业的未来趋势，现代电力行业需要高效功率转换器，用于分布式发电、电动汽车、储能系统和电动飞机等应用中，降低系统的体积和成本。宽禁带功率器件，如sic mosfet，由于其本征器件寄生效应较小，因此开关瞬态时间更短，更适合高频应用场景。由于杂散电感和极高的开关速度，sic mosfet在高频工作时会产生过流和过压，导致严重的电磁干扰(emi)问题。使用无源方法可以解决这个问题，但是会影响电路的效率，为了提高sic mosfet的性能，有源栅极驱动电路(agd)的研究受到了广泛关注。

2、针对传统驱动电路无法同时抑制过冲振荡和开关损耗的缺点，有源驱动技术被引入到sic mosfet驱动研究中。作为一种新兴技术，有源驱动技术是通过在sic mosfet的开关的过程中，在特定的条件下通过对驱动电路进行动态调节来改变栅极电容的充放电速度实现对开关瞬态进行优化。与传统方法相比，agd可以动态调整开关速率，并为emi噪声与开关损耗之间的权衡提供额外的自由度。目前有源栅极驱动电路在结构上主要分为变栅极电阻型，变驱动电流型、变驱动电压型和电流注入/抽取型。

3、在实际的工程中，电路的参数可能发生变化，这对有源栅极驱动电路提出了考验。目前大部分研究是针对单一工况下的暂态调控，当电路稳定时，调控的效果会比较好，但是当电路参数变化时，会导致有源栅极驱动电路不能工作在最佳模式，所以需要设计一种自调节的有源栅极驱动电路方法。而且大部分agd研究只停留在双脉冲的原理验证上，缺乏在变换器中应用的验证。双脉冲的实验对驱动板的可靠性、关键元件的功耗等要求不高，因此不能说明相应的驱动电路可以在变换器中进行连续工作。所以需要对具有自调节功能的有源栅极驱动器进行研究。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种基于准闭环的sic mosfet自适应有源栅极驱动方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于准闭环的sic mosfet自适应有源栅极驱动方法，所述方法应用于带辅助支路的有源栅极驱动电路；该驱动电路由两个并联的支路组成，分别由两个不同的驱动信号s1和s2控制；其中，s1控制的支路为主驱动支路，用于负责提供足够的栅极电荷来实现sic mosfet的开通和关断；s2控制的支路为辅助驱动支路，用于负责在开通和关断过程中动态调节栅极回路的驱动电流，从而影响sicmosfet的开关速度；通过设置s2的时序参数，实现对sic mosfet开关特性的动态调节；

3、所述方法具体为：对母线电压和负载电流进行采样；ad采样后，fpga将反馈值与通过模型建立的查找表确定各个模态的工作时间；最后更新各开关模态的切换时间，产生下一个开关周期的驱动信号；使用上一个的开关周期记录的信号为下一个开关周期生成新的辅助支路栅极驱动波形，提供了更长的时间来采集信号和处理延迟。

4、进一步地，在准闭环驱动控制中，利用fpga控制电路实现自调节有源栅极驱动，所述fpga控制电路由fpga和两个adc组成，首先使用全差分隔离运放将全桥逆变电路的母线电压vdc和负载电流io转换到低压侧；然后使用adc进行采集，将电压电流模拟量转换为两个12位的数字量传输给fpga；紧接着在fpga内部搭建的数字低通滤波器进行滤波，得到稳定的数字信号；在这之后使用构建好的查找表根据母线电压和负载电流查找到辅助驱动支路切换的时间点；最后查询出的时间点与spwm信号共同产生辅助驱动信号，实现有源驱动的功能。

5、进一步地，在准闭环驱动控制中，adc用于采集全桥逆变电路中的负载电流和母线电压，fpga lut用于通过查找表根据电压电流的反馈来更新下一周期的切换时间，辅助驱动部分根据查找表的时序生成下一周期的辅助驱动信号。

6、进一步地，所述查找表是根据模型，计算出每一个电压和电流对应的时间点，然后将计算出的结果存到fpga中，在使用时根据反馈值可以快速的查找到对应的切换时间值。

7、进一步地，在准闭环驱动控制中，调制信号设置为50hz，开关频率设置为100khz。

8、本发明具有的有益效果是：

9、本发明提出了一种基于准闭环的sic mosfet自适应有源栅极驱动方法。分析了自调节有源栅极驱动电路的实现方案，提出了准闭环控制方案，采用上一开关周期的反馈控制本周期的有源驱动信号，放宽了对硬件的固有延迟要求。分析了电流采样方案的合理性，对负载电流直接采样代替采集四个开关管的电流，减化电路设计。给出了查找表方案，该方案可以最大限度地节省成本和放宽对硬件的要求。

技术特征：

1.一种基于准闭环的sic mosfet自适应有源栅极驱动方法，其特征在于，所述方法应用于带辅助支路的有源栅极驱动电路；该驱动电路由两个并联的支路组成，分别由两个不同的驱动信号s1和s2控制；其中，s1控制的支路为主驱动支路，用于负责提供足够的栅极电荷来实现sic mosfet的开通和关断；s2控制的支路为辅助驱动支路，用于负责在开通和关断过程中动态调节栅极回路的驱动电流，从而影响sic mosfet的开关速度；通过设置s2的时序参数，实现对sic mosfet开关特性的动态调节；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在准闭环驱动控制中，利用fpga控制电路实现自调节有源栅极驱动，所述fpga控制电路由fpga和两个adc组成，首先使用全差分隔离运放将全桥逆变电路的母线电压vdc和负载电流io转换到低压侧；然后使用adc进行采集，将电压电流模拟量转换为两个12位的数字量传输给fpga；紧接着在fpga内部搭建的数字低通滤波器进行滤波，得到稳定的数字信号；在这之后使用构建好的查找表根据母线电压和负载电流查找到辅助驱动支路切换的时间点；最后查询出的时间点与spwm信号共同产生辅助驱动信号，实现有源驱动的功能。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在准闭环驱动控制中，adc用于采集全桥逆变电路中的负载电流和母线电压，fpga lut用于通过查找表根据电压电流的反馈来更新下一周期的切换时间，辅助驱动部分根据查找表的时序生成下一周期的辅助驱动信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述查找表是根据模型，计算出每一个电压和电流对应的时间点，然后将计算出的结果存到fpga中，在使用时根据反馈值可以快速的查找到对应的切换时间值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在准闭环驱动控制中，调制信号设置为50hz，开关频率设置为100khz。

技术总结
本发明提出一种基于准闭环的SiC MOSFET自适应有源栅极驱动方法，所述方法分析了自调节有源栅极驱动电路的实现方案，提出了准闭环控制方案，采用上一开关周期的反馈控制本周期的有源驱动信号，放宽了对硬件的固有延迟要求。分析了电流采样方案的合理性，对负载电流直接采样代替采集四个开关管的电流，减化电路设计。给出了查找表方案，该方案可以最大限度地节省成本和放宽对硬件的要求。

技术研发人员：王盼宝,王禹潼,赵迪,丁四宝,王卫,徐殿国
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1