[发明专利]利用负电感消除寄生电感的振荡抑制电路及方法

说明书

本发明公开了一种利用负电感消除寄生电感的振荡抑制电路及方法，所述电路包括SiC MOSFET管Q1、SiC MOSFET管Q2、耦合线圈、寄生电感以及负电感模拟器；SiC MOSFET管Q1、SiC MOSFET管Q2依次连接并与直流母线连接构成功率回路，耦合线圈的一次侧电感串联于功率回路中，耦合线圈的二次侧电感与负电感模拟器串联构成二次侧回路；根据负电感模拟器的等效电感与耦合线圈、寄生电感之间的关系来确定负电感模拟器的等效电感，从而确定负电感模拟器中无源元件的参数。本发明可以利用负电感模拟器的等效电感来消除功率回路中的寄生电感，实现开关振荡抑制的目的。

技术领域

本发明属于电力电子器件技术领域，尤其涉及一种利用负电感消除SiC MOSFET功率回路中寄生电感的振荡抑制电路及方法。

背景技术

以碳化硅(silicon carbide，SiC) MOSFET为代表的宽禁带半导体功率器件为电力电子技术的发展注入强大的活力。与传统的硅基器件相比，SiC MOSFET具有高频开关、高温运行以及低损耗等优势，正逐渐代替Si IGBT，被广泛运用于电力牵引、光伏发电、智能电网等领域。

由于SiC MOSFET器件的高频特性，结电容小，栅极电荷低，开关速度快，开关过程中的电压和电流的变化率极大，寄生电感在极大的di/dt（即电流变化率）下，极易产生电压过冲和振荡现象，这个现象在器件设计之初就产生了。此外，剧烈的开关振荡会增加额外的功率损耗，加剧系统的电磁干扰，甚至可能会引起器件误触发从而损坏功率器件。因此，碳化硅MOSFET成为电力电子主流器件仍然面临着艰巨的挑战。为了充分发挥SiC MOSFET极快开关速度和低损耗的优势，必须深入研究SiC MOSFET开关振荡的机理，并且找到合适的开关振荡抑制方法。

碳化硅MOSFET开关振荡抑制的方法主要包括：优化电路板布局与器件封装、增大门极电阻Rg、有源门极驱动技术、外加缓冲电路。以上的振荡抑制方法均能够取得一定的振荡抑制效果，但均无法从根本上解决SiC MOSFET电路中寄生电感的存在。因此，为了提高SiC MOSFET器件的开关速度，对于消除SiC MOSFET寄生电感具有巨大的挑战。

研究如何消除功率模块内的寄生电感，有助于充分发挥SiC MOSFET功率器件的高开关速度优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用负电感消除寄生电感的振荡抑制电路及方法，以解决传统振荡抑制方法无法消除功率回路中的寄生电感，进而无法消除开关振荡的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种利用负电感消除寄生电感的振荡抑制电路，包括SiC MOSFET管Q1、SiC MOSFET管Q2、耦合线圈、寄生电感以及负电感模拟器；所述SiC MOSFET管Q2的漏极与所述耦合线圈的一次侧电感的第一端连接，所述耦合线圈的一次侧电感的第二端通过寄生电感与直流母线正极连接；所述SiC MOSFET管Q2的源极与所述SiC MOSFET管Q1的漏极连接，所述SiC MOSFET管Q1的源极与直流母线负极连接；所述耦合线圈的二次侧电感与所述负电感模拟器串联构成二次侧回路；

所述负电感模拟器的等效电感与所述耦合线圈、寄生电感之间的关系式为：

；

其中， L_eq为负电感模拟器的等效电感， M为耦合线圈的一次侧电感与二次侧电感之间的互感， L_loop为寄生电感， L₁为耦合线圈的一次侧电感， L₂为耦合线圈的二次侧电感。