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          三相正弦波逆變器瞬態(tài)的共同導(dǎo)通問題設(shè)計(jì)方案(二)

          作者: 時(shí)間:2013-10-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          解決方案

            綜上所述,需要采取措施消除由于C.dv/dt造成的誤導(dǎo)通。其基本方法為:盡可能地采用Crss/Ciss比值小的MOSFET;降低Rt. (Cgdd+Cgs)時(shí)間常數(shù),即減小Rt的阻值;減緩MOS-FET漏極電壓的上升速率;采用負(fù)極性電壓維持MOSFET的關(guān)斷,將C.dv/dt所產(chǎn)生的電壓尖峰施加負(fù)的初始電壓,使其峰值不超過MOSFET的導(dǎo)通閾值電壓Vth.

            采用Crss/Ciss比值小的MOSFET

            實(shí)際上,早期MOSFET的Cgd/(Cgd+Cgs)的比值往往小于Vth/Vm的比值,如400V/10A的IRF740,其Cgd為 120pF;Cgs為1400pF;Cgd/(Cgd+Cgs)為0.0789,這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)高于IRF740的3.5V的導(dǎo)通閾值電壓與180~200V 峰值漏極電壓變化值的比值。因此在驅(qū)動(dòng)速度極快時(shí),引起IRF740誤導(dǎo)通的柵極電壓最高可以達(dá)到約14V.如果不加以限制,誤導(dǎo)通將是必然的。

            如果選用近幾年問世的低柵極電荷的MOSFET,這種情況將大大改善,如ST的STP12NM50的Cgd為20pF,Cgs為 lOOOpF,Cgd/(Cgd+Cgs)為0.0196,約為Vth/Vm,即使在快速驅(qū)動(dòng)條件下也不會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)通現(xiàn)象。因此,選擇性能優(yōu)異的 MOSFET是第一選擇。

            也可以采用加大MOSFET柵一源間外加電容的方式減小Crss/Ciss比值,但是這樣將降低MOSFET的開關(guān)速度,增加開關(guān)損耗。這種方式僅限于早期的MOSFET橋式變換器的應(yīng)用,從提高變換器效率角度考慮,一般不推薦采用。

            采用高導(dǎo)通電壓閾值的MOSFET和雙極性電壓驅(qū)動(dòng)

            提高M(jìn)OSFET的導(dǎo)通電壓閾值也是抑制或消除MOSFET誤導(dǎo)通的一個(gè)好辦法。如果將常溫導(dǎo)通閾值電壓從3.SV提高到4~4.5V,則MOSFET誤導(dǎo)通的可能性就會(huì)大大降低。對于耐壓在400V以上的MOSFET,比較高的導(dǎo)通閾值電壓一般不會(huì)引起MOSFET損耗的增加。

            在功率較大的橋式變換器的應(yīng)用中經(jīng)常采用雙極性電壓驅(qū)動(dòng),即在MOSFET關(guān)斷期間,MOSFET柵極一源極電壓保持在負(fù)極性電壓值。這樣,MOSFET 誤導(dǎo)通就從原來MOSFET本身的導(dǎo)通閾值電壓變?yōu)閷?dǎo)通閾值電壓加負(fù)偏置電壓。例如,采用-15V關(guān)斷電壓值,則令MOSFET誤導(dǎo)通的電壓至少要達(dá)到 18.5V,這是幾乎不可能達(dá)到的干擾電壓值。下圖所示的實(shí)測柵極電壓波形證實(shí)了這一點(diǎn)。

            下圖所示的實(shí)測柵極電壓波形證實(shí)了這一點(diǎn)。

            從圖中可以看到,上圖形中的誤導(dǎo)通電壓值接近4.5V,已經(jīng)超過MOSFET的導(dǎo)通電壓閾值,出現(xiàn)瞬態(tài)共同導(dǎo)通現(xiàn)象。在圖波形中,僅有不到1V的電壓尖峰,甚至可以完全消除這個(gè)尖峰。其原因是低驅(qū)動(dòng)回路阻抗與負(fù)電壓的共同作用強(qiáng)有力地抑制了柵一源極間的dv/dt和電壓幅值。

            因此,即使采用-5V甚至-2V的關(guān)斷偏置電壓,也可以確保消除瞬態(tài)共同導(dǎo)通想像。

            這種解決方案的缺點(diǎn)是電路相對復(fù)雜,電路成本略高于其他解決方案。但是這種解決方案是最有效的。



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