← 返回
一种用于带主动门极驱动器的并联SiC功率模块中电流均流的在线统一延迟与压摆率调节方法
An Online Unified Delay and Slew Rate Regulation for Current Sharing in Paralleled SiC Power Modules With Active Gate Drivers
| 作者 | Yan Li · Xibo Yuan · Yonglei Zhang · Kai Wang · Zihao Wang · Olayiwola Alatise |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 功率模块 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 有源栅极驱动器 碳化硅功率模块 动态电流调节 延时与电流斜率调节 闭环控制 |
语言:
中文摘要
为确保并联功率模块之间的电流均衡分配,可采用有源栅极驱动器(AGD)动态调节电流。然而,在碳化硅(SiC)器件极快的开关速度(例如小于100纳秒)下,AGD要实现有效、灵活且精确的动态电流调节颇具挑战。因此,本文提出了一种用于并联碳化硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管(MOSFET)功率模块的AGD在线统一开通/关断延时及电流变化率调节方案。该方案的优势在于,它能对延时调节和电流变化率调节实现独立的闭环控制,即电流变化率的调节不会影响已调好的延时补偿。此外,所提出的基于仅含两个推挽驱动通道且开关动作较少的栅极电阻调节的AGD,可实现更大范围和多级的电流变化率调节。本文还通过实验验证了所提出的AGD对碳化硅功率模块间电流均衡分配的闭环电流调节效果。
English Abstract
To ensure balanced current sharing between paralleled power modules, active gate drivers (AGDs) can be used to adjust the currents dynamically. However, achieving effective, flexible and accurate dynamic current adjustment is a challenge for AGDs under the very fast switching speed of silicon carbide (SiC) devices, e.g., on/off delay and current slew rate regulation scheme for AGDs for paralleling SiC metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET) power modules is proposed in this article. The advantage of the proposed scheme is that it achieves independent closed-loop control for the delay regulation and the current slew rate regulation, i.e., the adjustment of the current slew rate will not affect the already-tuned delay compensation. Also, the proposed AGD based on gate resistance adjustment with just two push–pull driver channels and less switching actions can achieve the wider-range and multilevel current slew rate regulation. Experimental validation of the closed-loop current regulation for current sharing between SiC power modules with the presented AGD is provided.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项针对并联SiC功率模块的主动栅极驱动器(AGD)电流均衡技术具有重要的应用价值。在我们的大功率光伏逆变器和储能变流器产品中,多模块并联已成为提升系统容量和可靠性的核心架构,而SiC器件的广泛应用正在推动产品向更高功率密度和效率演进。
该技术的核心创新在于实现了延迟调节和电流转换率调节的独立闭环控制,这对于解决SiC器件超快开关速度(<100ns)下的电流均流难题至关重要。传统方案往往面临调节相互耦合、控制精度不足等问题,而本方案通过仅使用两个推挽驱动通道和更少的开关动作,即可实现宽范围多级电流转换率调节,这意味着更低的驱动电路复杂度和成本。对于阳光电源而言,这将直接提升并联模块系统的可靠性,减少因电流不均导致的局部过热和寿命衰减问题。
从技术成熟度评估,该方案已完成实验验证,但从学术研究到工程化应用仍需跨越产品级可靠性验证、环境适应性测试等关键阶段。特别是在我们面向的户外严苛工况下,AGD的长期稳定性、抗干扰能力以及与现有控制系统的集成复杂度需要深入评估。
技术机遇方面,随着我们1500V及以上高压系统的推广,以及单机功率持续提升至8.8MW甚至更高水平,精确的电流均流技术将成为差异化竞争优势。建议技术中心关注该方向,评估在下一代SiC平台产品中的应用可行性,同时考虑与供应商合作开发定制化AGD解决方案,以巩固我们在高功率密度变流器领域的技术领先地位。