一种应用于半桥电路的新型SiCMOSFET振荡抑制电路的制作方法

本发明涉及一种新型sicmosfet振荡抑制电路，具体涉及一种应用于半桥电路的新型sicmosfet振荡抑制电路。

背景技术：

sicmosfet具有开关速度快、导通电阻低、工作温度高等优良性能，广泛应用于高频、高效率、高功率密度电力电子设备中。在应用过程中，sicmosfet的高频特性往往会导致过电压和振荡，降低了直流电压利用率，加剧了电磁兼容问题，降低了系统的稳定性。

在功率电子装置中，传统抑制sicmofet开关过程中过电压和振荡的方法可分为三类：使用栅极驱动主动控制、降低功率回路寄生电感和使用缓冲电路。栅极驱动主动控制通过实时调整栅极驱动电阻、驱动电压或驱动电流来降低功率器件开关损耗，抑制过电压和振荡，从而有效地提高开关性能。有学者采用了一种用于大功率igbt开关性能改善和过电压保护的先进驱动主动控制，通过快速闭环过电压保护电路将功率器件关断时的电压过冲控制在预定的参考值。此法应用效果较好，但栅极驱动电路和控制方法设计比较复杂。sicmofet在关断时，功率回路里的寄生电感是引起电压过冲的主要原因。因此，降低功率回路电感是减少过电压和抑制振荡最直接的方法，在使用此法时，功率回路电感分布比较复杂，且最大限度可将电感减小至20nh左右，仍会有一定的过电压产生。缓冲电路是解决过电压和功率振荡问题经济有效的方案，在半桥结构中，去耦电容器设计简单，被广泛应用，但它容易会引起低频振荡。有学者提出高阶rc缓冲电路解决低频问题，高阶缓冲电路性能较好，但设计复杂，且无论采用哪种相桥臂缓冲器，母线寄生电感会与换相回路解耦，功率器件的导损耗都会显著增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种应用于半桥电路的新型sicmosfet振荡抑制电路，该电路能够有效抑制过电压，并且电路中的钳位电容可将能量通过电感支路回馈到直流侧，且只在过电压产生时参与电路过程。

为达到上述目的，本发明所述的应用于半桥电路的新型sicmosfet振荡抑制电路包括直流母线、第一sicmosfet管、第二sicmosfet管、第一钳位电容器、第二钳位电容器、第一回馈模块、第二回馈模块、负载端、第一收集二极管、第二收集二极管及低压源；

直流母线与第二sicmosfet管的漏极、第二钳位电容器的一端及第一回馈模块的一端相连接，第二sicmosfet管的源极与第二收集二极管的负极、负载端、第一收集二极管的正极及第一sicmosfet管的漏极相连接，第二收集二极管的正极及第二钳位电容器的另一端与第二回馈模块的一端相连接，第一收集二极管的负极与第一钳位电容器的一端及第一回馈模块的另一端相连接，低压源与第一sicmosfet管的源极、第二钳位电容器的另一端及第二回馈模块的另一端相连接。

所述第一回馈模块包括第一开启电阻、第一续流二极管及第一回馈电感，其中，直流母线与第一回馈电感的一端及第一开启电阻的一端相连接，第一回馈电感的另一端与第一续流二极管的负极相连接，第一收集二极管的负极与第一开启电阻的另一端及第一续流二极管的正极相连接。

所述第二回馈模块包括第二开启电阻、第二续流二极管及第二回馈电感，其中，第二收集二极管的正极与第二回馈电感的一端及第二开启电阻的一端相连接，第二回馈电感的另一端与第二续流二极管的负极相连接，低压源与第二开启电阻的另一端及第二续流二极管的正极相连接。

当主功率回路通电时，直流母线电压升高，第一钳位电容器及第二钳位电容器上的电压分别通过第一开启电阻及第二开启电阻充电而升高，直到第一钳位电容器及第二钳位电容器上的电压均达到直流母线电压vdc，主功率回路启动过程结束。

在t1-t2时刻，在驱动电路的作用下，第一sicmosfet管的漏源电压vds_q1升高，其中，vds_q1低于直流母线的电压vdc，在主功率启动电路的作用下，第一钳位电容器两端的电压达到直流母线的电压vdc，第一收集二极管的负极电压高于其正极电压，第一收集二极管反向关断，在此期间，第一钳位电容器对第一sicmosfet管的电压变化没有影响；

在t2-t3时刻，当第一sicmosfet管的漏源电压vds_q1达到直流母线的电压vdc时，第一收集二极管开启，并将第一钳位电容器并联到第一sicmosfet管的漏源侧，此时，第一钳位电容器开始钳制第一sicmosfet管的漏源电压vds_q1，限制关断过电压及振荡，并一直持续到直流母线的电流过零为止；

在t3-t4时刻，在t3时刻，第一sicmosfet管的关断过程结束，第一sicmosfet管的漏源电压vds_q1降至直流母线的电压，第一收集二极管关断，由于第一钳位电容器获得所有的振荡能量，第一钳位电容器两端的电压vcc1达到vccl_max并且高于直流母线的电压vdc，此时，储存在第一钳位电容器中的能量开始通过第一续流二极管及第一回馈电感释放到直流侧，第一钳位电容器两端的电压vcc1下降，能量反馈电流if上升，直到t4时刻，第一钳位电容器两端的电压vcc1再次等于母线电压vdc；

在t4-t5时刻，第一钳位电容器两端的电压vcc1继续下降，导致第一收集二极管导通，第一sicmosfet管的漏源电压vds_q1与直流母线的电压vdc相同，在第一回馈电感lf1的影响下，第一回馈电感的电感电流if保持，形成一条通过第一收集二极管到达负载侧的回路，直到第一回馈电感lf1的电感电流if降为零为止。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的应用于半桥电路的新型sicmosfet振荡抑制电路在具体工作时，由十个无源元件组成，结构及工作原理简单，同时钳位电容储存的关断过电压和振荡能量通过能量反馈电感和续流二极管组成的反馈支路回馈到直流侧和负载侧，实现能量回收，能够有效抑制过电压，有效减小开关过程中的电压过冲，抑制功率回路高频振荡，同时钳位电容只在过电压产生时才参与电路过程，相比于rc缓冲电路大大降低了开关损耗；

附图说明

图1为本发明的拓扑结构图；

图2为本发明中主功率回路上电过程的分析图；

图3为本发明中功率器件关断过程的分析图；

图4为本发明中功率器件关断过程的时序波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的应用于半桥电路的新型sicmosfet振荡抑制电路包括直流母线、第一sicmosfet管q1、第二sicmosfet管q2、第一钳位电容器cc1、第二钳位电容器cc2、第一回馈模块、第二回馈模块、负载端、第一收集二极管dh1、第二收集二极管dh2及低压源；直流母线与第二sicmosfet管q2的漏极、第二钳位电容器cc2的一端及第一回馈模块的一端相连接，第二sicmosfet管q2的源极与第二收集二极管dh2的负极、负载端、第一收集二极管dh1的正极及第一sicmosfet管q1的漏极相连接，第二收集二极管dh2的正极及第二钳位电容器cc2的另一端与第二回馈模块的一端相连接，第一收集二极管dh1的负极与第一钳位电容器cc1的一端及第一回馈模块的另一端相连接，低压源与第一sicmosfet管q1的源极、第二钳位电容器cc2的另一端及第二回馈模块的另一端相连接。

所述第一回馈模块包括第一开启电阻rs1、第一续流二极管df1及第一回馈电感lf1，其中，直流母线与第一回馈电感lf1的一端及第一开启电阻rs1的一端相连接，第一回馈电感lf1的另一端与第一续流二极管df1的负极相连接，第一收集二极管dh1的负极与第一开启电阻rs1的另一端及第一续流二极管df1的正极相连接。

所述第二回馈模块包括第二开启电阻rs2、第二续流二极管df2及第二回馈电感lf2，其中，第二收集二极管dh2的正极与第二回馈电感lf2的一端及第二开启电阻rs2的一端相连接，第二回馈电感lf2的另一端与第二续流二极管df2的负极相连接，低压源与第二开启电阻rs2的另一端及第二续流二极管df2的正极相连接。

参考图2、图3及图4，在工作时，当主功率回路通电时，直流母线电压升高，第一钳位电容器cc1及第二钳位电容器cc2上的电压分别通过第一开启电阻rs1及第二开启电阻rs2充电而升高，直到第一钳位电容器cc1及第二钳位电容器cc2上的电压均达到直流母线电压vdc，主功率回路启动过程结束。

第一sicmosfet管q1的工作过程为：

在t1-t2时刻，在驱动电路的作用下，第一sicmosfet管q1的漏源电压vds_q1升高，其中，vds_q1低于直流母线的电压vdc，在主功率启动电路的作用下，第一钳位电容器cc1两端的电压达到直流母线的电压vdc，第一收集二极管dh1的负极电压高于其正极电压，第一收集二极管dh1反向关断，在此期间，第一钳位电容器cc1对第一sicmosfet管q1的电压变化没有影响；

在t2-t3时刻，当第一sicmosfet管q1的漏源电压vds_q1达到直流母线的电压vdc时，第一收集二极管dh1开启，并将第一钳位电容器cc1并联到第一sicmosfet管q1的漏源侧，此时，第一钳位电容器cc1开始钳制第一sicmosfet管q1的漏源电压vds_q1，限制关断过电压及振荡，并一直持续到直流母线的电流过零为止；

在t3-t4时刻，在t3时刻，第一sicmosfet管q1的关断过程结束，第一sicmosfet管q1的漏源电压vds_q1降至直流母线的电压vdc，第一收集二极管dh1关断，由于第一钳位电容器cc1获得所有的振荡能量，第一钳位电容器cc1两端的电压vcc1达到vccl_max并且高于直流母线的电压vdc，此时，储存在第一钳位电容器cc1中的能量开始通过第一续流二极管df1及第一回馈电感lf1释放到直流侧，第一钳位电容器cc1两端的电压vcc1下降，能量反馈电流if上升，直到t4时刻，第一钳位电容器cc1两端的电压vcc1再次等于母线电压vdc；

在t4-t5时刻，第一钳位电容器cc1两端的电压vcc1继续下降，导致第一收集二极管dh1导通，第一sicmosfet管q1的漏源电压vds_q1与直流母线的电压vdc相同，在第一回馈电感lf1的影响下，第一回馈电感lf1的电感电流if保持，形成一条通过第一收集二极管dh1到达负载侧的回路，直到第一回馈电感lf1的电感电流if降为零为止。