[发明专利]一种宽禁带功率器件的多梯级驱动控制方法

说明书

本发明一种宽禁带功率器件的多梯级驱动控制方法涉及的是控制方法，尤其是一种优化宽禁带功率器件开关性能的多梯级驱动控制方法。包括应用于器件开通过程的开通方法和应用于器件关断过程的关断方法。实现该方法的多梯级驱动电压控制系统，包含MCU微处理器、多梯级电平器和功率放大器；MCU微处理器用于产生梯级驱动电压的触发脉冲信号，多梯级电平器用于预设多梯级驱动电压，功率放大器对被触发的梯级驱动电压进行功率放大。本发明能够实现器件开关速度的可调节，降低器件保护的设计难度，提升器件工作安全区的利用；有效降低器件开关过程中，电压电流尖峰，减轻电压电流的振荡现象，提高器件利用的安全性能，进而提升了高压大容量电力电子装置的安全性。

技术领域

本发明一种宽禁带功率器件的多梯级驱动控制方法涉及的是控制方法，尤其是一种优化宽禁带功率器件开关性能的多梯级驱动控制方法。

背景技术

在硅基器件逐渐难以突破其物理局限时，宽禁带功率半导体器件应运而生。作为新型的第三代功率半导体器件，具有大功率、高压、高温、低开关损耗等优点。随着电网趋向特高压、大容量、远距离且具有智能性等方向的发展，对高性能电力电子装置的需求也越来越紧迫。宽禁带功率器件应用于电力系统高压大容量电力电子装置时，可以减少功率模块的级联数量，优化系统的拓扑结构，减小电力电子装置的占用空间，实现紧凑化结构设计，提高设备利用效率。

然而宽禁带功率器件由于高开关速度的特性，在开关过程中会产生电压电流尖峰和振荡严重等现象，这会影响器件的有效利用和电力设备的安全稳定性。主要问题在于，当前宽禁带功率器件的驱动方式仍然借鉴传统硅基器件的驱动形式，采用直接脉冲式触发，而未考虑新型器件的开关特点，进行符合器件本身的驱动设计。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种宽禁带功率器件的多梯级驱动控制方法，是一种结合宽禁带器件本身的开关特性，从驱动方式切入，提出符合新型器件的多梯级驱动控制方法；在宽禁带功率器件的开关过程中，进行多梯级驱动控制，进而改变器件的开关速度即di/dt和dv/dt的变化，从而提高其器件性能。

实现本发明宽禁带功率器件的多梯级驱动控制方法的多梯级驱动电压控制系统，包含MCU(微处理器)、多梯级电平器和功率放大器。该系统的运行逻辑关系为微处理器发出触发脉冲，对多梯级电平器中的梯级电压进行触发控制，然后将被触发的梯级电压送到功率放大器，对梯级电压进行功率放大后得到功率器件的栅极驱动电压。

所述多梯级驱动电压控制系统由功率器件端向其上游控制端逆向设计，首先根据所使用的SiCMOS管(宽禁带功率器件)器件的开关特性，确定采用梯级驱动电压的梯级数，然后对多梯级电平器进行设计；再根据设定的多梯级驱动电压幅值，对多梯级电平器中的电平电源进行相应设计。多梯级电平器中梯级电压的持续时间，无需在多梯级电平器中单独设计，其可以由微处理器对下一个触发脉冲信号的延时得到。微处理器发出触发脉冲对多梯级电平器中的电平进行触发控制，这需要对触发脉冲信号进行程序设计，给定脉冲信号的时序。

一种宽禁带功率器件的多梯级驱动控制方法，包括应用于器件开通过程的开通方法和应用于器件关断过程的关断方法。

所述开通方法包括如下步骤：

S1-1、在多梯级电平器中对多梯级驱动控制系统的梯级电压进行n次分级，分级后的梯级电压V_n∈(V_th,V_gon)，其中n为正整数，V_th为器件的阈值电压，V_gon是器件的正向驱动电压，实现对器件开通过程中漏极电流i_d的变化率di/dt及其振荡的调节控制；

S1-2、在器件开通过程中，梯级电压的维持时间通过在微处理器中进行控制程序设定，延迟下一梯级电压的脉冲触发信号得到；