優(yōu)化IGBT開關(guān)性能的自適應(yīng)變電阻有源驅(qū)動(dòng)電路研究

摘 要：針對(duì)IGBT開通過程中的電流及電壓振蕩提出一種新型自適應(yīng)IGBT有源柵極驅(qū)動(dòng)電路（NAAGD）。該電路結(jié)合互補(bǔ)IGBT的電壓電流信息進(jìn)行開通驅(qū)動(dòng)電阻的投切控制，可實(shí)現(xiàn)開通過程電流及電壓振蕩的抑制，且可自適應(yīng)電壓電流等級(jí)的變化。與現(xiàn)有有源驅(qū)動(dòng)電路（AGD）方案相比，NAAGD的自適應(yīng)響應(yīng)具有更好的即時(shí)性；同時(shí)，相比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路（CGD）增大驅(qū)動(dòng)電阻抑制振蕩的方法，可優(yōu)化開通損耗。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提NAAGD的有效性。

關(guān)鍵詞：絕緣柵雙極型晶體管；自適應(yīng)；損耗；有源柵極驅(qū)動(dòng)；振蕩

中圖分類號(hào)：TM46 " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）是電壓驅(qū)動(dòng)的全控型功率器件，可現(xiàn)實(shí)2 ～10 kHz級(jí)別的開關(guān)頻率，具有比金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）更高的功率等級(jí)，更適用于較大功率的PWM變換器中［1］。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中存在大量的并網(wǎng)逆變器，使得IGBT得到廣泛應(yīng)用［2］。由于主回路中存在寄生參數(shù)，IGBT在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生更加嚴(yán)重的集射極電壓振蕩、互補(bǔ)管電壓振蕩及集電極電流振蕩。而過大的振蕩會(huì)導(dǎo)致器件擊穿、電磁干擾加劇等問題，影響系統(tǒng)的安全可靠性［3］。因此，有必要改善電壓及電流振蕩問題。從振蕩產(chǎn)生的源頭來看，降低回路的雜散電感［4］是根本解決辦法，但在實(shí)際應(yīng)用中，很難完全消除雜散電感。由于驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)速度等性能是影響IGBT工作性能的直接因素，因此從驅(qū)動(dòng)電路角度改善電壓振蕩是目前該方面研究的重點(diǎn)方向［5］。

傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法（conventional gate drive，CGD）主要是通過增加無源器件來抑制電壓尖峰，例如增大驅(qū)動(dòng)電阻［6］。雖然增大驅(qū)動(dòng)電阻可有效減小過沖，但其開關(guān)時(shí)間會(huì)明顯延長(zhǎng)，開關(guān)損耗也會(huì)相應(yīng)升高，因此該方法無法兼顧優(yōu)化電壓電流振蕩與開關(guān)損耗［7］。相比于CGD，有源柵極驅(qū)動(dòng)（active gate drive，AGD）在開關(guān)過程中的某些階段，通過主動(dòng)調(diào)節(jié)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而動(dòng)態(tài)改變等效驅(qū)動(dòng)電阻、驅(qū)動(dòng)電壓或驅(qū)動(dòng)電流的大小，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)速度、開關(guān)損耗和電流/電壓過沖之間的有效均衡，可提高驅(qū)動(dòng)電路對(duì)開關(guān)過程的可控性［8］。文獻(xiàn)［9］提出一種采用輔助電流源的主動(dòng)?xùn)艠O控制方式，通過檢測(cè)發(fā)射極電流和集射極電壓判斷IGBT的開關(guān)狀態(tài)，在特定階段向柵極注入或抽取電流，以抑制電流、電壓振蕩，但該方法在不同的母線電壓和負(fù)載電流等級(jí)下抑制效果會(huì)受影響，不具有自適應(yīng)性；文獻(xiàn)［10］利用數(shù)字驅(qū)動(dòng)IC精確調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)波形來提升器件的開關(guān)性能，可有效抑制電流、電壓尖峰，具有一定的自適應(yīng)性，但該方法需對(duì)開關(guān)變量進(jìn)行采樣，電路中會(huì)包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器，受制于AD延時(shí)。例如，在應(yīng)用于隔離DCDC這種負(fù)載電流高頻變化的場(chǎng)合，所采集到的發(fā)射極電流與開關(guān)動(dòng)態(tài)階段的真實(shí)電流值有偏差，導(dǎo)致振蕩抑制效果的自適應(yīng)即時(shí)性會(huì)受到影響。另外，以上文獻(xiàn)所提出的方法在拓?fù)潆娖綌?shù)較高的場(chǎng)合中，某些器件的集射極電壓在不同工況下存在突變，振蕩抑制效果對(duì)這種突變的自適應(yīng)即時(shí)性難以實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)［11］采用智能柵極驅(qū)動(dòng)（intelligent gate drive，IGD），將控制系統(tǒng)和有源柵極驅(qū)動(dòng)進(jìn)行集成，可根據(jù)不同的電流電壓等級(jí)做出相應(yīng)的改變，可有效減小開關(guān)損耗、抑制尖峰，但會(huì)改變系統(tǒng)原有的控制結(jié)構(gòu)，且應(yīng)用復(fù)雜控制難度大，不適宜推廣使用。

綜上，本文提出一種新型自適應(yīng)有源驅(qū)動(dòng)電路（novel adaptive active gate drive，NAAGD），相比于現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方案，該方法可兼顧系統(tǒng)的性能以及復(fù)雜程度，同時(shí)擁有良好的自適應(yīng)即時(shí)性，可實(shí)現(xiàn)在不同電流及電壓等級(jí)下的電流、電壓振蕩抑制。

1 開通特性理論分析

圖1所示為單橋臂等效電路。C、G、E分別為IGBT的集電極、柵極和發(fā)射極，[Cgc、Cge、Cce]分別為柵集極、柵射極和集射極寄生電容，pF。輸入電容[Cies=Cgc+Cge]，輸出電容[Coes=Cgc+Cce]［12］，[Lp]為線路的寄生電感，nH；驅(qū)動(dòng)電阻[Rg=Rint+Rext]，[Rint]為IGBT內(nèi)部的柵極驅(qū)動(dòng)電阻，[Rext]為外部附加的柵極驅(qū)動(dòng)電阻，Ω；，[Vg_H]為上管驅(qū)動(dòng)電壓，V；[Vg_L]為下管驅(qū)動(dòng)電壓，V；[VCE_H]為上管集射極電壓，[VCE_L]為下管集射極電壓，[Vdc]為母線電壓源電壓，V。開通過程的波形如圖2所示。以單個(gè)橋臂的上管為例，圖2中[VGon]表示驅(qū)動(dòng)電壓最大值，[VGoff]表示驅(qū)動(dòng)電壓最小值，[VGE]表示IGBT柵射極電壓，[Vmil]表示米勒電壓值，[Vth]表示驅(qū)動(dòng)門檻電壓，[IC_H]表示上管集電極電流，[IC_L]表示下管集電極電流，[VCE_H]表示上管集射極電壓，[VCE_L]表示下管集射極電壓，[Vref]表示比較閾值電壓，[Iref]表示比較閾值電流。

根據(jù)IGBT的極間寄生參數(shù)所產(chǎn)生的影響，可將IGBT開通過程分為如下4個(gè)階段：

階段1（[t∈［t0，t1]））：在柵極驅(qū)動(dòng)電源[Vg_H]的作用下，開始給門極電容[Cge]充電，柵射極電壓[VGE]從負(fù)電壓上升到門檻電壓[Vth]，集射極電壓[VCE_H]和集電極電流[IC_H]無變化，該階段中，器件處于關(guān)斷狀態(tài)。

階段2（[t∈［t1，t2]））：柵極被繼續(xù)充電，IGBT進(jìn)而導(dǎo)通，柵射極電壓[VCE_H]從門檻電壓[Vth]上升到米勒平臺(tái)電壓[Vmil]，電感電流從續(xù)流二極管逐漸換流至IGBT，集電極電流[IC_H]開始快速上升，即：

[IC_H=gm（VGE-Vth）] （1）

式中：[gm]——IGBT的跨導(dǎo)，mS。

由于[di/dt]過高使得續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流迅速增大，從而[IC_H]產(chǎn)生電流尖峰，其振蕩幅值表達(dá)式為：

[Irr=2QrrdiC_H/dt|t=t2S+1] （2）

[diC_Hdt=gm（Vg_H-Vth）-iC_HRgCies+Legm] （3）

式中：[Qrr]——反向恢復(fù)電荷，μC；[S]——軟度因子；[diC_H/dt]——集電極電流變化率，A/μs；[Vg_H]——驅(qū)動(dòng)電壓，V；[Le]——發(fā)射極寄生電感，nH。

[IC_H]的變化會(huì)導(dǎo)致[VCE_H]出現(xiàn)微小的下降，其大小為：

[VCE_H=Vdc-（Lc+Le）diC_H/dt] （4）

式中：[Lc]——集電極寄生電感，nH。

階段3（[t∈［t2，t3]））：由于米勒效應(yīng)的影響，輸入電容[Cies]非常大，引起米勒平臺(tái)產(chǎn)生，柵極電流幾乎全部流入[Cgc]，[VGE]保持在[Vmil]不變，[VCE_H]以較快的速率下降，[IC_H]上升至峰值，之后下降到穩(wěn)定的開通電流，并保持。

階段4（[t∈［t3，t4］]）：米勒效應(yīng)消失，[VGE]繼續(xù)上升至最終值[VGon]，同時(shí)[VCE_H]緩慢下降至飽和導(dǎo)通壓降，之后下降至零并保持不變，[VCE_L]接近[Vdc]，并在寄生電感的影響下產(chǎn)生電壓振蕩，整個(gè)開通過程結(jié)束。

綜上分析，在IGBT開通過程中，由于續(xù)流二極管的存在，集電極電流[IC_H]會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電流振蕩；互補(bǔ)管集射極電壓[VCE_L]存在一個(gè)電壓振蕩。IGBT開通過程中所產(chǎn)生的電流、電壓過沖有可能會(huì)超出其安全工作區(qū)，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此必須嚴(yán)格控制其幅值［14］。

2 自適應(yīng)有源柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電路分為驅(qū)動(dòng)器電路和反饋電路兩個(gè)部分。驅(qū)動(dòng)器電路由圖騰柱單元組成，采用圖騰柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多級(jí)電阻投切。圖騰柱單元為5個(gè)并聯(lián)的圖騰柱T1～T5。T1在開通過程中實(shí)現(xiàn)大電阻[Ron1]的投切，T2和T3實(shí)現(xiàn)小電阻[Ron2]和[Ron3]的投切；T4在關(guān)斷過程中實(shí)現(xiàn)小電阻的投切；T5用于關(guān)斷后期實(shí)現(xiàn)有源鉗位，抑制門級(jí)串?dāng)_。反饋電路由比較單元和邏輯單元組成。其中，比較單元主要包括分壓電阻、采樣電阻和比較器，[Iref_H]和[Iref_L]分別是開通階段[ta]時(shí)刻互補(bǔ)管的比較閾值，[Iref_H]和[Vref_L]分別是開通階段[tb]時(shí)刻比較閾值和[tc]時(shí)刻互補(bǔ)管的比較閾值。將集射極電壓[Vce_H]和[Vce_L]經(jīng)過電阻分壓后分別與比較閾值[Vref_H]和[Vref_L]比較輸出數(shù)字信號(hào)參與圖騰柱的控制，內(nèi)部電流經(jīng)過采樣電阻后與互補(bǔ)管電流比較閾值比較輸出數(shù)字信號(hào)參與圖騰柱的控制。電壓和電流閾值需取較小的值為實(shí)現(xiàn)在不同電壓和電流等級(jí)下對(duì)開通電壓電流振蕩抑制的自適應(yīng)提供判斷條件。邏輯單元負(fù)責(zé)將PWM信號(hào)與比較單元輸出信號(hào)進(jìn)行邏輯組合得到圖騰柱的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在工作過程中，通過反饋電路進(jìn)而控制電阻投切以實(shí)現(xiàn)不同工況下對(duì)開通電流振蕩抑制的自適應(yīng)，同時(shí)可優(yōu)化各階段的損耗。

根據(jù)開通過程中的振蕩特點(diǎn)，本文在［[t0，ta]）階段，圖騰柱T1、T2上管同時(shí)開通，[Ron1]和[Ron2]共同工作，因兩者并聯(lián)，故串聯(lián)在柵極上的總電阻的值比[Ron1]和[Ron3]的值都小，加快上升速度，降低驅(qū)動(dòng)損耗。在[ta]時(shí)刻，圖騰柱T2上管關(guān)斷使驅(qū)動(dòng)電阻增大，降低驅(qū)動(dòng)電流對(duì)該振蕩進(jìn)行抑制。[tb]時(shí)刻，[VCE_L]爬升至一定值時(shí)，電流振蕩有所降低，圖騰柱T3上管開通，[Ron1]和[Ron3]共同工作使驅(qū)動(dòng)電阻減小，加快米勒平臺(tái)區(qū)（米勒電壓[Vmil]值與電流等級(jí)正相關(guān)）的電壓變化速度，優(yōu)化米勒平臺(tái)區(qū)的開通損耗。在[VCE_H]降至接近0的[tc]時(shí)刻，圖騰柱T3上管關(guān)斷使驅(qū)動(dòng)電阻增大，以抑制互補(bǔ)管電壓振蕩，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為上升沿延時(shí)模塊RD的值。隨后使圖騰柱2開通降低驅(qū)動(dòng)電阻，減小開通損耗。由于目前市面上IGBT都是以主流的溝槽柵Trench技術(shù)的IGBT3和IGBT4，增加[Rgoff]以減小[di/dt]抑制振蕩的效果有限［15］，因此本文在關(guān)斷階段采用兩段式，圖騰柱T4下管一直導(dǎo)通至結(jié)束，經(jīng)過下降沿延時(shí)模塊FD圖騰柱T5下管開通用于關(guān)斷后期的有源鉗位，防止器件誤導(dǎo)通，進(jìn)而提高工作效率。NAAGD開通過程具體換流路徑如圖4所示。

圖4a為［[t0～ta]）階段的換流路徑，T3上管關(guān)斷，VD3被阻斷。T1和T2上管開通，[VCC]經(jīng)過[Ron1]和[Ron2]并聯(lián)得到的的小電阻對(duì)門極充電，以實(shí)現(xiàn)較低的開通延時(shí)時(shí)間。另外，T4和T5在整個(gè)開通過程中均為上管開通，但由于VD4和VD5的阻斷作用，均無電流通過，驅(qū)動(dòng)電阻表達(dá)式為：

[Rg1=Ron1Ron2Ron1+Ron2+Rint] （5）

圖4b為［[ta， tb]）階段的換流路徑，在[ta]時(shí)刻，通過下管[IC_L]接近0時(shí)的比較閾值信號(hào)，即電壓電流振蕩之前，使T2上管關(guān)斷，VD2和VD3被阻斷，[Ron2]被切出。由[Ron1]大電阻抑制電壓電流振蕩。驅(qū)動(dòng)電阻表達(dá)式為：

[Rg2=Ron1+Rint] （6）

圖4c為［[tb， tc]）階段的換流路徑，VD2被阻斷。在[tb]時(shí)刻，通過下管[VCE_L]在0附近時(shí)的比較閾值信號(hào)，即電壓電流振蕩之后，使T3上管開通，小驅(qū)動(dòng)電阻[Ron3]投入回路，可加快密勒平臺(tái)區(qū)的電壓變化速率以優(yōu)化開通損耗。驅(qū)動(dòng)電阻表達(dá)式為：

[Rg3=Ron1Ron3Ron1+Ron3+Rint] （7）

圖4d為（[tc， td]］階段的換流路徑，在[tc]時(shí)刻，通過自身[VCE_H]在0附近時(shí)的比較閾值信號(hào)，即互補(bǔ)管電壓振蕩之前，使T3上管關(guān)斷，VD2和VD3被阻斷，[Ron3]被切出。由[Ron1]大電阻抑制互補(bǔ)管電壓振蕩。驅(qū)動(dòng)電阻表達(dá)式為：

[Rg4=Ron1+Rint] （8）

圖4e為（[td， t4]］階段的換流路徑，VD3被阻斷。在[td]時(shí)刻，通過[tc]時(shí)刻開始進(jìn)行延時(shí)的延時(shí)模塊，即互補(bǔ)管電壓振蕩之后，使T2上管開通，[Ron2]投入回路。由[Ron1]和[Ron2]并聯(lián)得到的小電阻加速開通過程。驅(qū)動(dòng)電阻表達(dá)式為：

[Rg5=Ron1Ron2Ron1+Ron2+Rint] （9）

綜上，與直接增大驅(qū)動(dòng)電阻抑制電流振蕩的方法相比，NAAGD在開通階段的平均驅(qū)動(dòng)電阻更小，意味著損耗可得到優(yōu)化。由于米勒電壓[Vmil]會(huì)隨電流等級(jí)的減小而降低，可通過增大米勒平臺(tái)區(qū)的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)而減小米勒平臺(tái)區(qū)的持續(xù)時(shí)間。而當(dāng)電壓等級(jí)降低時(shí)，同樣會(huì)減小米勒平臺(tái)區(qū)的持續(xù)時(shí)間。但上下管的電壓電路采樣互相利用，使[ta]時(shí)刻總能位于電流振蕩幅值前，使[tb]時(shí)刻總能位于電流振蕩幅值后，tc時(shí)刻總能位于電壓振蕩幅值前，實(shí)現(xiàn)了開通過程電壓振蕩抑制效果對(duì)電壓和電流等級(jí)的即時(shí)自適應(yīng)。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證提出的自適應(yīng)有源驅(qū)動(dòng)電路的有效性，采用INFINEON公司的IGBT模塊（FF200R12KE3）以Buck變換器作為開關(guān)測(cè)試電路，根據(jù)圖3所示電路，搭建如圖5所示的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，共進(jìn)行6組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，各組實(shí)驗(yàn)條件對(duì)比如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。其中NAAGD開關(guān)頻率為10 kHz，[VCC]為15 V，[VEE]為[-9 V]，[Ron1、Roff]取5 Ω，[Ron2、Ron3]取0 Ω。不同電壓等級(jí)下NAAGD和CGD在開通過程中的電流過沖[Irr]、互補(bǔ)管電壓過沖[Urr]和開通損耗[Eon]對(duì)比如表2所示，由圖6a～圖6c和表2可知，當(dāng)直流母線電壓為300 V時(shí)，與CGD相比，NAAGD條件下電流、電壓過沖、振蕩和損耗明顯小。NAAGD的[Irr]為82.3 A，占負(fù)載電流的103%，低于實(shí)驗(yàn)A中CGD的89.6 A（112%），略高于實(shí)驗(yàn)B中CGD的81.5 A（102%），NAAGD的[Urr]為152.5 V，占端電壓的50.8%，低于實(shí)驗(yàn)A中CGD的179.0 V（59.7%），高于實(shí)驗(yàn)B中CGD的62.6 V（20.9%），NAAGD的損耗為2.4 mJ，低于實(shí)驗(yàn)B中CGD的3.7 mJ，略高于實(shí)驗(yàn)A中CGD的2.0 mJ。由圖6d～圖6f和表2可知，當(dāng)直流母線電壓為400 V時(shí)，與CGD相比，NAAGD條件下電流、電壓過沖、振蕩和損耗明顯小。NAAGD的[Irr]為96.8 A，占負(fù)載電流的121%，低于實(shí)驗(yàn)D中CGD的112.2 A（140%），略高于實(shí)驗(yàn)E中CGD的94.4 A（118%），NAAGD的Urr為45.4 V，占端電壓的11.4%，低于實(shí)驗(yàn)C中CGD的204.0 V（51.0%），高于實(shí)驗(yàn)D中CGD的36.7 V（9.2%），NAAGD的損耗為4.8 mJ，低于實(shí)驗(yàn)D中CGD的7.2 mJ，略高于實(shí)驗(yàn)E中CGD的2.9 mJ?？梢钥闯?，在不同電壓等級(jí)下，NAAGD的電流過沖小于0 Ω驅(qū)動(dòng)電阻的CGD，在電流過沖相近的情況下，NAAGD的開通損耗優(yōu)于5 Ω驅(qū)動(dòng)電阻的CGD。在不同電壓等級(jí)下，NAAGD的互補(bǔ)管電壓過沖小于0 Ω驅(qū)動(dòng)電阻的CGD，在電壓過沖相近的情況下，NAAGD的開通損耗優(yōu)于5 Ω驅(qū)動(dòng)電阻的CGD。

不同電流等級(jí)下NAAGD和CGD在開通過程中開通損耗[Eon]對(duì)比結(jié)果如圖7所示。從上述實(shí)驗(yàn)可知，所提出的NAAGD相較于傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路，其電路電壓電流過沖更低，開通損耗更小，提高了系統(tǒng)的安全可靠性，能在不同電壓、電流等級(jí)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)開通損耗和電流電壓過沖、振蕩的自適應(yīng)即時(shí)性。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)IGBT工作在光伏逆變器，開關(guān)過程中出現(xiàn)的開通損耗和電流、電壓振蕩問題，提出NAAGD電路，該電路能在IGBT開通過程中的高di/dt和dv/dt階段，通過即時(shí)改變驅(qū)動(dòng)電路的等效電阻減小電流和電壓的變化率，降低開通損耗，這有利于提高系統(tǒng)效率，同時(shí)能抑制尖峰，削弱電磁干擾，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的NAAGD不僅能有效抑制開通過程的電流、電壓振蕩，并且適用于不同的電壓、電流等級(jí)，具有較好的自適應(yīng)即時(shí)性。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ 孫孝峰， 申彥峰， 霍慶穎. PWM加雙移相控制雙向Buck-Boost集成三端口DC-DC變換器［J］. 太陽能學(xué)報(bào)， 2016， 37（5）： 1180-1189.

SUN X F， SHEN Y F， HUO Q Y. Bidirectional Buck-Boost integrated three-port DC-DC converter with PWM plus dual phase shift control［J］. Acta energiae solaris sinica， 2016， 37（5）： 1180-1189.

［2］ 孫志宇， 馬銘遙， 初開麒， 等. 基于LabVIEW的三電平逆變器IGBT模塊鍵合線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］. 太陽能學(xué)報(bào)， 2020， 41（7）： 165-172.

SUN Z Y， MA M Y， CHU K Q， et al. Wire bonding monitoring system based on LabVIEW for three-level inverter IGBT modules［J］. Acta energiae solaris sinica， 2020， 41（7）： 165-172.

［3］ 李先允， 盧乙， 倪喜軍， 等. 改善SiC MOSFET開關(guān)性能的變電壓有源驅(qū)動(dòng)電路研究［J］. 太陽能學(xué)報(bào)， 2022， 43（1）： 362-368.

LI X Y， LU Y， NI X J， et al. Research on variable-voltage active drive circuit for improving SiC MOSFET switching performance［J］. Acta energiae solaris sinica， 2022， 43（1）： 362-368.

［4］ NOPPAKUNKAJORN J， HAN D， SARLIOGLU B. Analysis of high-speed PCB with SiC devices by investigating turn-off overvoltage and interconnection inductance influence［J］. IEEE transactions on transportation electrification， 2015， 1（2）： 118-125.

［5］ 黃先進(jìn)， 蔣曉春， 葉斌， 等. 智能化IGBT驅(qū)動(dòng)電路研究［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2005， 20（4）： 89-93.

HUANG X J， JIANG X C， YE B， et al. Research on intelligent IGBT drive circuit［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2005， 20（4）： 89-93.

［6］ FU J Z， ZHANG Z L， LIU Y F， et al. A new high efficiency current source driver with bipolar gate voltage［J］. IEEE transactions on power electronics， 2012， 27（2）： 985-997.

［7］ 袁義生， 邱志卓， 鐘青峰， 等. 逆變器開關(guān)管變驅(qū)動(dòng)電流技術(shù)研究［J］. 電源學(xué)報(bào)， 2019， 17（3）： 133-139.

YUAN Y S， QIU Z Z， ZHONG Q F， et al. Research on changeable driving-current technology of switches for inverters［J］. Journal of power supply， 2019， 17（3）： 133-139.

［8］ 朱義誠， 趙爭(zhēng)鳴， 施博辰， 等. 絕緣柵型功率開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)綜述［J］. 高電壓技術(shù)， 2019， 45（7）： 2082-2092.

ZHU Y C， ZHAO Z M， SHI B C， et al. Review of active gate control methods for insulated-gate power switching devices［J］. High voltage engineering， 2019， 45（7）： 2082-2092.

［9］ ZHANG F， YANG X， REN Y， et al. Advanced active gate drive for switching performance improvement and overvoltage " protection " of " high-power " IGBTs［J］. "IEEE transactions on power electronics， 2018， 33（5）： 3802-3815.

［10］ CHENG Y S， MANNEN T， WADA K， et al. Optimization platform to find a switching pattern of digital active gate drive for reducing both switching loss and surge voltage［J］. IEEE transactions on industry applications， 2019， 55（5）： 5023-5031.

［11］ HENN J， LüDECKE C， LAUMEN M， et al. Intelligent gate " drivers " for " future " "power " "converters［J］. " IEEE transactions on power electronics， 2022， 37（3）： 3484-3503.

［12］ 毛鵬， 謝少軍， 許澤剛. IGBT模塊的開關(guān)暫態(tài)模型及損耗分析［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2010， 30（15）： 40-47.

MAO P， XIE S J， XU Z G. Switching transients model and loss analysis of IGBT module［J］. Proceedings of the CSEE， 2010， 30（15）： 40-47.

［13］ 謝海超， 王學(xué)梅. 一種用于改善 IGBT 開關(guān)過沖的主動(dòng)?xùn)艠O控制技術(shù)［J］. 電源學(xué)報(bào)， 2022， 22（4）： 280-291.

XIE H C， WANG X M. An active gate control method for improving switching overshoots of IGBTs［J］. Journal of power supply， 2022， 22（4）： 280-291.

［14］ 王亮亮， 楊媛， 劉海鋒， 等. 一種大功率IGBT軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路［J］. 電力電子技術(shù)， 2015， 49（7）： 79-82.

WANG L L， YANG Y， LIU H F， et al. A soft switching driver circuit for high-power IGBT［J］. Power electronics， 2015， 49（7）： 79-82.

［15］ BAYERER R. Parasitic inductance hindering utilization of power " "devices［C］//CIPS " "2016， " "9th " "International Conference on Integrated Power Electronics Systems. Nuremberg， Germany， 2016： 1-8.

RESEARCH ON ADAPTIVE VARIABLE RESISTANCE ACTIVE DRIVE CIRCUIT FOR OPTIMIZING IGBT SWITCHING PERFORMANCE

Zhou Jiamin1，Huang Liansheng2，Chen Xiaojiao2，Dou Sheng3，He Shiying2，Zhang Xiuqing2

（1. School of Mechanical and Electrical Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei 230601，China；

2. Hefei Institute of Physical Sciences， Chinese Academy of Sciences， Hefei 230031， China；

3. School of Science Island Branch， University of Science and Technology of China， Hefei 230031， China）

Abstract：A novel adaptive active gate driving circuit （NAAGD） is proposed for current and voltage oscillations during IGBT turn-on. The circuit combines the voltage and current information of the complementary IGBT to switch on the drive resistor， which can realize the suppression of the open-pass current and voltage oscillation， and can adapt to the change of voltage and current level. Compared with the existing Active Gate Drive （AGD） scheme， the adaptive response of NAAGD has better immediacy. At the same time， compared with the conventional Gate Drive （CGD）， the method of increasing the drive resistance to suppress oscillation is optimized， and the turn-on loss is optimized. Experiments verify the effectiveness of the proposed NAAGD.

Keywords：insulated gate bipolar transistor （IGBT）； adaptive； loss； active gate drive （AGD）； oscillation