MOS管电枢驱动振荡现象的原因及解决方法-管
MOS管基极驱动振荡
电源由于具有开关速度快、驱动功率低、帧率低等优点，已广泛应用于中小容量晶闸管。
当采用功率桥拓扑时，同一桥臂上的两个功率元件在转换过程中，载波驱动信号会产生振荡，此时功率元件的损耗较大。 当振荡幅度较大时，功率元件将导通，从而导致功率开关管被击穿。
目前常用的解决方案是在关断时对集电极施加反压，以减弱振荡的影响，但反压电路占用空间，降低成本。
在深入分析基础振荡形成机理的基础上，设计了硬件驱动电路。 理论分析和实验结果表明，采用本文提出的方法，只需减少元件数量就可以最大程度地抑制振动。
电枢驱动信号振荡的形成机制
从电源的等效电路可以看出，三极之间有结电容，集电极输入相当于电容网络，驱动电路有分布电感和驱动电阻。 此时桥式逆变电路如图1所示。
以上述晶体管导通过程为例，当下晶体管V2已经完全截止时，栅极和源极处于相同电位。 在上管开通过程中，设上管开通时间为ton，直流母线电流为E，因为开通过程时间很短，漏源电流很快从直流母线电流上升到接近零，相当于下管V2的漏源电流，极间突然加入电流E，产生很高的dv/dt。
dv/dt值与上管V1的开通率有关，可近似为
图1 半桥拓扑等效电路
此时，即使下管已经完全关断，由于结电容Cgd2的存在，dv/dt也会对栅源状态产生影响。
从上式可以看出，当上管导通时，下管基极会形成阻尼衰减振荡信号，如图2所示。同样，当上管关断时，下管基极会形成阻尼衰减振荡信号。下管导通，上管基极也会振荡，但相位与后者相反，其振幅可表示为
由于振荡频率很高，处于高频开关状态，导致开关损耗很大。
更严重的是，如果振荡幅度达到阈值电流，下管将导通，而上管处于导通状态。 此时会导致上下功率管直通现象，造成严重损坏。 上述现象可以通过调整驱动电路的参数来抑制。
图2 基极振荡干扰实测波形
驱动电路的改进降低了分布电感。 如果取极限情况，驱动电路的分布电感为零，则驱动信号由式（3）简化为如下方式
式中短路电流过大的危害，S=。
从上式可以看出，此时振荡已经转变为指数衰减模式，并且在t=0时为最大值
从上面的分析可以看出，分布电感主要影响驱动信号振荡的瞬态性能。 如果分布电感最小化，驱动信号将从减振振荡转变为指数衰减，从而可以消除高频开关损耗。 同时，也可以在一定程度上减小振荡幅度。
因此，在设计电路时，尽量使驱动芯片靠得很近，并减少闭环所包围的面积。 如果通过电线连接，应使用双绞线或同轴电缆，以尽量减少分布电感。
开通和关断时间的协调和调整由式（5）和式（8）可以看出，开通时间是影响驱动信号振荡幅度的主要因素，即成反比。
如果适当减少元件的导通时间，可以很大程度上减小振荡幅度。 因此，考虑在驱动芯片与基极之间添加缓冲电路，即人为串联驱动电阻，在栅极与源极之间并联一个电容。 延长基极电容的充电时间，提高电流变化率。
但关断时间和开启时间之间存在一定的矛盾。 如果简单地减少开启时间，则关闭时间也必须减少。 从减少死区时间的角度来看，关断时间预计会更短，因此考虑调整开通时间。 和休息时间；
为了减少dv/dt的偏转，减少基极的充电时间，关断时间应较短，以便在开启和关闭时使用较短的时间常数。 较短的死区时间可降低输出波形的纹波集中度。 电路如图3所示。
通过上述措施，可以在保证较短的关断时间的同时，减少导通时间并降低电流变化率。
图3 改进后的驱动电路
理论上，开通时间越长，dv/dt偏转越小，振荡引起的干扰影响越不明显，开关损耗近似公式
式中：f为工作频率。
由于它一般工作在几十kHz的开关状态，其充放电电压由栅源电容和驱动电流决定。 如果驱动器内阻选得较大，则电路损耗过大，不利于驱动电路的安全运行。 综合考虑内阻和电容的值。
通常，驱动内阻的电阻为几十个8，栅源并联电容的值根据公式(10)确定。
其他措施考虑到驱动信号振荡主要发生在桥臂两侧的关断阶段，即栅极和源极均为零电位时，由于PNP二极管的工作原理，需要外接一个PNP驱动芯片与驱动内阻之间连接有二极管。 当驱动芯片提供高电平时，二极管不导通，不影响电路逻辑。
在驱动芯片提供低电平的过程中，当没有形成振荡时，二极管的栅极和基极电位近似为零，二极管不工作； 通过，振荡电流通过反并联晶闸管和二极管快速泄放，避免了欺诈性通信。
同时，栅极和源极之间并联了稳压管，进一步限制栅极和源极的缺相。 最终改进后的驱动电路如图3所示。
图4是在没有缓冲电路的情况下工作频率f为40kHz时基频驱动信号的实测波形。 此时驱动芯片直接连接到基频。 由于没有考虑分布电感的影响，芯片距离放置位置比较远。
实际测量驱动电路的分布电感L为135nH，驱动器内阻近似为零。 从图4可以看出，改进前的振荡幅度很大，导致发热严重，直至过热损坏逆变器。 正常工作。
改进驱动电路后，实测分布电感L为23.5nH，驱动内阻Rg取30Ω，并联电容C取0.01μF。 实测载波驱动波形如图5所示。可以看出，改进电路很好地解决了基极驱动信号的振荡问题。
图4 改进前的驱动信号波形
图5 改进后的驱动信号波形
推理
桥式拓扑功率在开关转换过程中的直接现象是由于结电容、驱动电路的分布电感以及开关过程中形成高dv/dt而在基极形成振荡。
在分析了电枢驱动信号的振荡机理后，对驱动电路进行了优化设计短路电流过大的危害，在栅极和源极处减少了缓冲电路。
与外加负电压电路和有源驱动电路相比，该电路具有实现简单、安全可靠的特点。 该驱动电路所实现的灯管在常年工作中未出现过热或损坏的情况。