MOS管電樞驅動振蕩現象的原因及解決方法-管
MOS管基極驅動振蕩
電源由于具有開關速度快、驅動功率低、幀率低等優點，已廣泛應用于中小容量晶閘管。
當采用功率橋拓撲時，同一橋臂上的兩個功率元件在轉換過程中，載波驅動信號會產生振蕩，此時功率元件的損耗較大。 當振蕩幅度較大時，功率元件將導通，從而導致功率開關管被擊穿。
目前常用的解決方案是在關斷時對集電極施加反壓，以減弱振蕩的影響，但反壓電路占用空間，降低成本。
在深入分析基礎振蕩形成機理的基礎上，設計了硬件驅動電路。 理論分析和實驗結果表明，采用本文提出的方法，只需減少元件數量就可以最大程度地抑制振動。
電樞驅動信號振蕩的形成機制
從電源的等效電路可以看出，三極之間有結電容，集電極輸入相當于電容網絡，驅動電路有分布電感和驅動電阻。 此時橋式逆變電路如圖1所示。
以上述晶體管導通過程為例，當下晶體管V2已經完全截止時，柵極和源極處于相同電位。 在上管開通過程中，設上管開通時間為ton，直流母線電流為E，因為開通過程時間很短，漏源電流很快從直流母線電流上升到接近零，相當于下管V2的漏源電流，極間突然加入電流E，產生很高的dv/dt。
dv/dt值與上管V1的開通率有關，可近似為
圖1 半橋拓撲等效電路
此時，即使下管已經完全關斷，由于結電容Cgd2的存在，dv/dt也會對柵源狀??態產生影響。
從上式可以看出，當上管導通時，下管基極會形成阻尼衰減振蕩信號，如圖2所示。同樣，當上管關斷時，下管基極會形成阻尼衰減振蕩信號。下管導通，上管基極也會振蕩，但相位與后者相反，其振幅可表示為
由于振蕩頻率很高，處于高頻開關狀態，導致開關損耗很大。
更嚴重的是，如果振蕩幅度達到閾值電流，下管將導通，而上管處于導通狀態。 此時會導致上下功率管直通現象，造成嚴重損壞。 上述現象可以通過調整驅動電路的參數來抑制。
圖2 基極振蕩干擾實測波形
驅動電路的改進降低了分布電感。 如果取極限情況，驅動電路的分布電感為零，則驅動信號由式（3）簡化為如下方式
式中短路電流過大的危害，S=。
從上式可以看出，此時振蕩已經轉變為指數衰減模式，并且在t=0時為最大值
從上面的分析可以看出，分布電感主要影響驅動信號振蕩的瞬態性能。 如果分布電感最小化，驅動信號將從減振振蕩轉變為指數衰減，從而可以消除高頻開關損耗。 同時，也可以在一定程度上減小振蕩幅度。
因此，在設計電路時，盡量使驅動芯片靠得很近，并減少閉環所包圍的面積。 如果通過電線連接，應使用雙絞線或同軸電纜，以盡量減少分布電感。
開通和關斷時間的協調和調整由式（5）和式（8）可以看出，開通時間是影響驅動信號振蕩幅度的主要因素，即成反比。
如果適當減少元件的導通時間，可以很大程度上減小振蕩幅度。 因此，考慮在驅動芯片與基極之間添加緩沖電路，即人為串聯驅動電阻，在柵極與源極之間并聯一個電容。 延長基極電容的充電時間，提高電流變化率。
但關斷時間和開啟時間之間存在一定的矛盾。 如果簡單地減少開啟時間，則關閉時間也必須減少。 從減少死區時間的角度來看，關斷時間預計會更短，因此考慮調整開通時間。 和休息時間；
為了減少dv/dt的偏轉，減少基極的充電時間，關斷時間應較短，以便在開啟和關閉時使用較短的時間常數。 較短的死區時間可降低輸出波形的紋波集中度。 電路如圖3所示。
通過上述措施，可以在保證較短的關斷時間的同時，減少導通時間并降低電流變化率。
圖3 改進后的驅動電路
理論上，開通時間越長，dv/dt偏轉越小，振蕩引起的干擾影響越不明顯，開關損耗近似公式
式中：f為工作頻率。
由于它一般工作在幾十kHz的開關狀態，其充放電電壓由柵源電容和驅動電流決定。 如果驅動器內阻選得較大，則電路損耗過大，不利于驅動電路的安全運行。 綜合考慮內阻和電容的值。
通常，驅動內阻的電阻為幾十個8，柵源并聯電容的值根據公式(10)確定。
其他措施考慮到驅動信號振蕩主要發生在橋臂兩側的關斷階段，即柵極和源極均為零電位時，由于PNP二極管的工作原理，需要外接一個PNP驅動芯片與驅動內阻之間連接有二極管。 當驅動芯片提供高電平時，二極管不導通，不影響電路邏輯。
在驅動芯片提供低電平的過程中，當沒有形成振蕩時，二極管的柵極和基極電位近似為零，二極管不工作； 通過，振蕩電流通過反并聯晶閘管和二極管快速泄放，避免了欺詐性通信。
同時，柵極和源極之間并聯了穩壓管，進一步限制柵極和源極的缺相。 最終改進后的驅動電路如圖3所示。
圖4是在沒有緩沖電路的情況下工作頻率f為40kHz時基頻驅動信號的實測波形。 此時驅動芯片直接連接到基頻。 由于沒有考慮分布電感的影響，芯片距離放置位置比較遠。
實際測量驅動電路的分布電感L為135nH，驅動器內阻近似為零。 從圖4可以看出，改進前的振蕩幅度很大，導致發熱嚴重，直至過熱損壞逆變器。 正常工作。
改進驅動電路后，實測分布電感L為23.5nH，驅動內阻Rg取30Ω，并聯電容C取0.01μF。 實測載波驅動波形如圖5所示。可以看出，改進電路很好地解決了基極驅動信號的振蕩問題。
圖4 改進前的驅動信號波形
圖5 改進后的驅動信號波形
推理
橋式拓撲功率在開關轉換過程中的直接現象是由于結電容、驅動電路的分布電感以及開關過程中形成高dv/dt而在基極形成振蕩。
在分析了電樞驅動信號的振蕩機理后，對驅動電路進行了優化設計短路電流過大的危害，在柵極和源極處減少了緩沖電路。
與外加負電壓電路和有源驅動電路相比，該電路具有實現簡單、安全可靠的特點。 該驅動電路所實現的燈管在常年工作中未出現過熱或損壞的情況。