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电动汽车驱动 SiC器件 ★ 4.0

一种带有被动触发钳位电路的SiC MOSFET新型电平转换驱动器

A Novel Level Shifter Driver for SiC MOSFET With Passive Triggered Clamping Circuit

作者 Xiang Zheng · Lijun Hang · Sai Tang · Yandong Chen · Yuanbin He · Guowen Li
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年2月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 SiC器件
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 SiC器件 串扰问题 栅极驱动器 可调负电压 串扰抑制
语言:

中文摘要

与传统的硅(Si)器件相比,碳化硅(SiC)器件能够以更快的开关速度运行。因此,在汽车行业中,碳化硅作为硅器件的替代品更受欢迎。然而,开关速度的提高不可避免地会导致更高的 $dv/dt$,从而引发更严重的串扰问题。本文提出了一种具有可调负电压和米勒钳位电路的新型栅极驱动器。首先,采用由低成本无源元件组成的电平转换电路来产生可调负电压。其次,提出了一种包含两个 n 沟道 MOSFET 的无源触发米勒钳位电路,为串扰电流 $i_{gd}$ 提供低阻抗路径。这部分电路具有成本低、实现和设计复杂度低的优点。然后,对新型电平转换器进行了全面的仿真对比。最后,双脉冲测试实验验证了所提出的栅极驱动器的开关性能和串扰抑制性能。

English Abstract

Compared to the traditional Si devices, SiC devices can operate with much faster switching speed. Therefore, SiC is more popular in the automotive industry as a replacement for Si devices. However, much higher dv/dt will be inevitably induced due to the increased switching speed, which leads to more serious crosstalk issues. In this article, a novel gate driver with a tunable negative voltage and miller clamping circuit is proposed. At first, a level shift circuit, which consists of low-cost passive elements is used to produce tunable negative voltages. Second, a passive triggered miller clamping circuit involving two n-channel mosfets is proposed to provide a low impedance path for the crosstalk current igd. This part of the circuit takes advantage of low cost and less complexity in implementation and design. Then, a comprehensive simulation comparison of the novel level shifter is conducted. Finally, the double-pulse test experiments demonstrate the switching performance and crosstalk suppression performance of the proposed gate driver.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项针对SiC MOSFET的新型电平位移驱动技术具有重要的战略价值。当前,我们在光伏逆变器和储能系统中正加速推进碳化硅器件的应用,以提升系统功率密度和转换效率。然而,SiC器件高速开关特性带来的dv/dt问题和串扰现象,一直是制约其性能充分发挥的关键瓶颈。

该技术的核心价值在于通过低成本无源元件实现可调负压和米勒钳位功能,这与我们追求高性价比解决方案的产品策略高度契合。在大功率光伏逆变器和储能变流器中,驱动电路的可靠性和成本控制直接影响系统竞争力。该方案采用两个N沟道MOSFET构建的无源触发钳位电路,为串扰电流提供低阻抗路径,既简化了设计复杂度,又降低了物料成本,这对于我们大规模量产的工业级和户用级产品具有显著吸引力。

从技术成熟度角度,论文已完成仿真验证和双脉冲测试,表明技术已具备工程化基础。对于阳光电源而言,该技术可直接应用于新一代SiC逆变器的驱动板设计优化,特别是在1500V高压系统和储能双向变流器等高dv/dt应用场景中。

潜在挑战在于无源钳位电路在极端工况下的参数一致性和长期可靠性验证,以及与我们现有驱动平台的兼容性适配。建议技术团队开展深入评估,探讨将该方案集成到下一代SiC驱动芯片或模块中的可行性,这将有助于巩固我们在新能源电力电子技术领域的领先优势。