电子及基础应用 3

第1章

电力电子器件1.1电力电子器件概述及分类1、概述

电力电子器件则是电力电子电路的基础，电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成的一个系统。在电力电子装置或设备中，直接承担电能的变换或控制任务的电路称为主电路，电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。2、特征同处理信息或信号的电子器件相比，一般具有如下特征：（1）能处理功率的大小承受高电压和大电流，处理大的电功率。（2）一般工作在开关状态。（3）需要驱动电路。（4）电力电子器件功率损耗大，需散热设计。电力电子器件在导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗；器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗；在器件开关频率较高时（电力电子器件通常都工作在高频开关状态），开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。3、分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下三类：不可控器件主要指功率二极管，功率二极管因无控制极，属于不控型器件。半控型器件晶闸管是典型的半控型器件，因其只能控制其开通而不能控制其关断，所以属于半控型器件。

全控型器件通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件。目前应用最为广泛的全控型器件为功率MOSFET和IGBT。根据目前电力电子器件的发展及使用状况，本章主要介绍功率二极管、晶闸管、功率MOSFET和IGBT四类电力电子器件。1.2不可控器件——功率二极管1.2.1功率二极管的基本特性1．静态特性（伏安特性）功率二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图1-4所示。当功率二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的功率二极管两端的电压UF即为其正向电压降。当功率二极管承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。2.动态特性因结电容的存在，功率二极管在零偏置（外加电压为零）、正向偏置和反向偏置三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压-电流特性是随时间变化的，动态特性往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性，实际使用中最为关注的是其反向恢复特性。功率二极管的动态过渡波形

trr=td＋tf

称为功率二极管的反向恢复时间。trr将衡量器件反向恢复速度，而比值S

=tf/td称为恢复系数，它衡量反向恢复特性的硬度。S值较小的器件其反向电流衰减较快，因而称具有硬恢复特性。在相同的电路环境中，S越小则URP越大。高电压变化率所引发的电磁干扰（EMI）强度也越高。为避免器件的关断过电压和降低EMI强度，在实用中应选择具有软恢复特性的二极管。由于反向恢复特性的存在，使得功率二极管产生一个关断损耗，其关断损耗工程上可近似表示为：

QrrUR是器件在一次反向恢复过程中所消耗的能量。减小PT最直接的方法是减小Qrr（也即减小反向恢复时间trr），可选择trr值较小的快速二极管（后面将要介绍的快恢复二极管、肖特基二极管及碳化硅二极管）；采用电流断续工作模式（DCM），可使器件具有零电流关断的环境（二极管电流自然过零而关断），但仅限于直流变换电路及其相关电路。1.2.2功率二极管的主要参数1电流/电压波形有效值和平均值的计算工频正弦半波电流波形

波形系数

Kf电流平均值

Id和电流有效值

I2．功率二极管的主要参数（1）正向平均电流IF（AV）

指功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。在此电流下，因管子的正向压降引起的损耗造成的结温升高不会超过所允许的最高工作结温。这也是标称其额定电流的参数。可以看出，正向平均电流是按照电流的发热效应在允许的范围内这个原则来定义的，因此在使用时应按照工作中实际波形的电流与功率二极管所允许的最大正弦半波电流在流过功率二极管时所造成的发热效应相等，即两个波形电流的有效值相等的原则来选取功率二极管的电流定额，并应留有一定裕量。（2）正向压降UF指功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。（3）反向重复峰值电压URRM指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，往往按照电路中功率二极管可能承受的反向最高峰值电压来选择此项参数并留有一定裕量。（4）最高工作结温结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，用TJM表示。TJM通常在125～175℃之间。（5）反向恢复时间trr见1.2.1节（6）浪涌电流IFSM指功率二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。1.2.3功率二极管的主要类型按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同，将功率二极管分为以下几类：1.普通二极管普通二极管又称整流二极管，多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。反向恢复时间长，一般在5μs以上。正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。2.快恢复二极管反向恢复过程很短（一般在5μs以下）的二极管被称为快恢复二极管（FastRecoveryDiode）。快恢复二极管从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20～30ns。3.肖特基二极管肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode，SBD），简称肖特基二极管。肖特基二极管的优点在于：反向恢复时间很短（10～40ns）；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对温度敏感（高温下反向漏电流比较大），因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。4.宽禁带半导体材料及碳化硅二极管（1）宽禁带半导体材料

人们通常将Si和Ge称为第一代半导体材料，而将Al、As及其他合金等称为第二代半导体材料。当前，第一代、第二代功率器件的性能水平已经接近其材料的极限，近年来，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为典型代表的第三代半导体材料和器件因其优越的物理及电特性而备受业界的关注，由于其晶体结构中原子组分的键合能相对较大而被称为宽禁带半导体。

半导体的禁带宽度与晶格原子之间的化学键强度有关，更强的化学键意味着电子更难从一个位置跳跃到下一个位置。所以，较大禁带宽度的半导体具有较小的本征泄露电流和较高的工作温度。第三代半导体的禁带宽度是Si材料的3倍，大大降低了SiC和GaN器件的泄露电流，并使其具有具有较好的抗辐射特性和高温特性，工作温度的理论值为600℃。第三代半导体材料的击穿电场强度10倍于Si材料的击穿电场强度，大大提高了器件的耐压及电流密度，降低了导通损耗，同时其2倍于Si材料的电子饱和漂移速度也提高了开关频率，3倍于Si材料的热导率具有良好的散热性，有助于提高电力电子产品的功率密度和集成度。因此，第三代半导体功率器件更适合高温、高压、大功率和高频等应用场合。目前，应用中的宽禁带半导体器件有SiC二极管、碳化硅场效应晶体管（SiCMOSFET）和氮化镓高电子迁移率晶体管（GaNHEMT）。（2）碳化硅二极管

碳化硅肖特基二极管（SiCSBD）是最早进入应用的宽禁带电力电子器件，其延续了传统肖特基二极管的优势，阻断电压大幅度提升，反向漏电流也很小，性能全面优于硅快恢复二极管，在高压、高开关频率等要求高性能的场合开始取代硅快恢复二极管。SiC二极管的主要优点是没有反向恢复过程，因此在配合开关器件工作过程中，不仅自身不产生关断损耗，而且可以大幅度降低开关器件的开通损耗，提高电路的整体效率，同时对电路的EMI也有较好的改善。目前，国外的科锐（CREE）、英飞凌（Infineon）以及国内一些企业已推出耐压为600V、1200V、1700V及以上等级的碳化硅肖特基二极管商业化产品，实验室产品的耐压可达10kV以上。

图示为CREE公司1700V/25A的SiC二极管与Si快恢复二极管的反向恢复特性对比。1.3半控型器件---晶闸管1.3.1晶闸管的结构与基本特性

阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个连接端。阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。晶闸管正常工作时的特性如下：（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流（触发脉冲），晶闸管都不会导通。（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。（4）若要使已导通的晶闸管关断，必须去掉阳极所加的正向电压或者给阳极施加反压，或者利用外加电压和外电路的作用使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。从上述特性可以看出：晶闸管只能通过门极控制其开通而不能控制其关断，因此被称作半控型器件。1.3.2晶闸管的主要参数1、电压定额（1）断态重复峰值电压

UDRM（2）反向重复峰值电压

URRM是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。（3）通态（峰值）电压

UTM

是指晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。2、电流定额（1）通态平均电流IT(AV)也称额定电流，是指晶闸管在环境温度为40

C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。晶闸管发热和冷却的条件不同，其允许通过的通态平均电流值也不一样。从管芯发热的角度看，表征热效应的电流应以有效值表示，不论流经晶闸管的电流波形如何，只要电流的有效值相等，其发热就是相同和等效的。

只要流过晶闸管的任意波形电流的有效值等于该元件通态平均电流（即额定电流）的有效值，则管芯的发热一样，其通过的电流就是允许的。在实际电路中，流过晶闸管的波形可能是任意的非正弦波形，应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管，并留一定的裕量，一般取1.5~2倍。当流过晶闸管的电流为任意的非正弦半波电流时，将非正弦半波电流的有效值IT’或平均值Id’折合成等效的正弦半波电流平均值去选择晶闸管的额定值。设Kf’为非正弦半波的波形系数，则有实际选用时，一般取1.5~2倍的安全裕量。当给定晶闸管的额定电流IT

(AV)值后，流过该晶闸管任意波形允许的电流平均值为

（2）维持电流IH使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小。（3）擎住电流IL晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流，对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。（4）浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。3、动态参数

（1）断态电压临界上升率du/dt

指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率，如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。（2）通态电流临界上升率di/dt指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率，如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。4典型的全控型器件1.4.1功率MOSFET的结构和类型功率MOSFET按导电沟道可分为P沟道和N沟道。当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道的称为增强型。在功率MOSFET应用中以N沟道增强型为主，本节主要介绍N沟道增强型功率MOSFET。功率场效应晶体管简称功率MOSFET或更精练地简称MOS管。功率MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流，其显著特点是驱动电路简单，需要的驱动功率小；第二个显著特点是开关速度快，工作频率高；但功率MOSFET电流容量相对较小，耐压较低，多用于功率不超过10kW的电力电子装置。增强型功率MOSFET有三个极：G（栅极）、D（漏极）和S（源极），对于N沟道MOSFET，如果在栅极与源极之间加一正电压UGS，当UGS电压大于MOS的开启电压（也称为阀值电压或门槛电压）UT（或UTH）时，漏极和源极开始导电，UGS超过UT越多，导电能力越强，漏极电流ID越大，业界通常UGS电压幅值选取在10～15V之间。2.功率MOSFET的基本特性（1）静态特性

这里饱和及非饱和的概念与GTR不同，饱和是指漏源电压增加时漏极电流不再增加，非饱和是指漏源电压增加时漏极电流相应增加。功率MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。（2）功率MOSFET的等效电路模型及动态特性功率MOSFET的等效电路模型从功率MOSFET的等效电路模型可以看出，每两个极之间存在着结电容，而且DS间有个反并的寄生二极管，称为体二极管，由于体二极管的存在，使得在漏、源之间加反向电压时器件导通，使用时应注意这个寄生二极管的影响。这里以感性开关模型Boost电路来分析MOSFET的开通和关断过程，电感用直流电流源表示，在较短的开关周期内电感电流可以认为保持恒定，二极管在MOS管关断期间为电流提供通路并将MOS管的漏极电压箝位到输出电压。Boost电路模型电路状态MOSFET开通过程MOSFET关断过程这里以Infineon公司CoolMOS系列IPP60R099P6为例介绍MOSFET在实际使用中需要关注的主要参数。3.功率MOSFET的主要参数

IPP60R099P6的关键性能参数IPP60R099P6的极限工作参数IPP60R099P6的静态特性IPP60R099P6的动态特性IPP60R099P6的栅极电荷特性IPP60R099P6体二极管特性结温和导通电阻的关系曲线1.4.2绝缘栅双极晶体管（IGBT）GTR和GTO是双极型电流型驱动器件，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂；而MOSFET是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。将这两类器件取长补短结合而成的复合器件通常称为Bi-MOS器件。绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistor，IGBT）综合了GTR和MOSFET二者的优点，具有良好的特性；自1986年投入市场后，取代了GTR和GTO的市场，成为中、大功率电力电子设备的主导器件，并在继续提高电压和电流容量。1、IGBT的结构和工作原理IGBT也是三端器件：栅极G、集电极C和发射极E。IGBT的驱动原理与MOSFET基本相同，是一种场控器件，两者的驱动电路基本可以互相替代使用。当uGE为正且大于开启电压UGE（th）时，IGBT导通。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，IGBT关断.2、IGBT的基本特性（1）静态特性（2）IGBT的动态特性tfi1对应IGBT内部的MOSFET的关断过程，iC下降较快；tfi2对应IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，iC下降较慢。

tfi2对应的集电极电流被形象地称为拖尾电流（TailingCurrent）。电流拖尾现象，增大了关断损耗并延长了其关断速度，从而限制了其开关频率，实际应用中IGBT的开关频率通常取100kHz以下（几十kHz）。3、IGBT的主要参数除了前面提到的各参数外，IGBT的主要参数还包括：（1）最大集射极间电压UCES：这是由内部PNP晶体管所能承受的击穿电压确定的。（2）最大集电极电流：包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP。（3）最大集电极功耗PCM

：正常工作温度下允许的最大功耗。IGBT的特性和参数特点可以总结如下：（1）开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上时，开关损耗只有GTR的1/10，与功率MOSFET相当。（2）相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力。（3）高压时通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域。（4）

输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。（5）与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时可保持开关频率较高的特点。4.IGBT的擎住效应和安全工作区

从IGBT结构可以看出，在IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管和作为主开关器件的P+N-P晶体管组成的寄生晶闸管。其中NPN晶体管的基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加一个正偏压，一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，导致集电极电流增大，造成器件功耗过高而损坏。这种电流失控的现象，就像普通晶闸管被触发以后，即使撤销触发信号晶闸管仍然维持导通的机理一样，因此被称为擎住效应或自锁效应。集电极电流过大、duCE/dt过大、温度升高都会引发擎住效应。

此外，为满足实际电路的要求，IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件，选用时应加以注意。

根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗可以确定IGBT在导通工作状态的参数极限范围，即正向偏置安全工作区；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt，可以确定IGBT在阻断工作状态下的参数极限范围，即反向偏置安全工作区。1.5宽禁带半导体场效应晶体管1.5.1碳化硅场效应晶体管（SiCMOSFET）

近年来，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料发展迅速。现阶段，以SiC和GaN为半导体材料的晶体管主要有两种：SiCMOSFET和GaN高电子迁移率晶体管（HighElectronMobilityTransistor，HEMT）SiCMOSFET和SiMOSFET的主要差异在于SiCMOSFET的N-漂移区和衬底均采用碳化硅材料，而不是采用硅材料，材料的差异导致二者性能的不同（电气图形符号及各极的名称相同）。1、SiCMOSFET的参数及特性

这里以ST（意法半导体）公司的SCTWA60N120G2-4型号为例，说明SiCMOSFET的参数及特性。2、SiCMOSFET相对于SiMOSFET和IGBT的优点（1）耐压等级高：SiCMOSFET分立器件产品的耐压等级涵盖650V、700V、900V、1000V、1200V、1700V等。（2）低导通电阻：在相同的电压/电流等级和封装下，SiCMOSFET的导通电阻显著小于SiMOSFET，而且在高温下依然保持较低的RDS(on)。（3）开关速度更快：在相同的RDS(on)下，SiCMOSFET的芯片面积更小，片面积越小，其结电容也越小，故SiCMOSFET的开关速度更快，能够工作在更高的开关频率下。（4）耐高温：SiC器件可以工作在更高的温度下，Si器件的最高工作温度不超过175℃，而SiC器件在300℃下也可以正常工作，可靠性，稳定性大大高于SiMOSFET。（5）碳化硅MOSFET的体二极管反向恢复特性接近于SiC二极管，基本可以忽略体二极管的反向回复特性。图示为各类二极管的反向恢复特性。1.5.2GaN高电子迁移率晶体管（GaNHEMT）

氮化镓（GaN）具有禁带宽度宽、击穿场强大以及电子饱和速度高等特点，这使得GaN晶体管具有极小的极间电容和零恢复特性等优势，可以工作在很高的开关频率。1、GaN晶体管的结构GaN晶体管是一种场效应晶体管，根据导电沟道形成机理分为耗尽型和增强型。常见结构有常通型D-mode、Cascode和常断型E-mode。常通型D-mode隶属于耗尽型，是一个常通器件，实际中，从安全和节能角度都要求功率器件为常断状态。Cascode和E-mode隶属于增强型，这里只介绍E-mode。

常断型E-mode也称为GaN增强模式高电子迁移率晶体管（enhancement-modehighelectronmobilitytransistors，E-HEMT），电气图形符号如图所示。具有正电压驱动、可靠性高、阻断电压高（目前商品化的产品电压等级从30V～650V）、零反向恢复（内部无体二极管）、开关速度快、开关损耗小和导通电阻小等优点，但存在开启电压低，驱动电压的噪声容限小和易于自激振荡等缺点。GaNE-HEMT开关速度非常快，可以在几个纳秒时间内完成开关过程，所以其开关损耗也非常小。工作频率可以达到兆赫兹级别，能够大幅提高电路的功率密度、显著提高效率，特别适合高频、超高频中小功率应用场合。2、GaNE-HEMT的参数及特性这里以GaNSystems公司的GS66516T型号为例，说明GaNE-HEMT的参数及特性。（1）输出特性GaNE-HEMT没有体二极管，但具有双向导电能力，输出特性曲线如图。当VGS=6V>VGS(th)时，电流从D极流向S极，定义为正向导通，由图可知，GaNE-HEMT正向导通压降很低。器件反向导通电流由S流向D极，VGS=6V时，反向导通的压降也很小，正反向的RDS(on)大致相等。在VGS≤0时，反向导通呈现二极管特性，二极管的开启电压随着VGS的绝对值增加而变大，导致了损耗增加，VGS≤0的模型等效为二极管串联一个电阻，应尽量避免在VGS≤0的条件下使得器件反向导通。（2）导通电阻RDS(on)

如图所示，RDS(on)与驱动电压VGS、漏极电流ID和结温TJ三个参数有关。RDS(on)

随VGS增加而减小，当VGS等于正向驱动的额定电压6V时，RDS(on)最小。RDS(on)随着ID的增大而增大，RDS(on)具有明显的正温度系数，有利于并联使用。（3）正向转移特性

图示为正向转移特性曲线，由图可知，与Si-MOSFET和SiC-MOSFET不同，GaNE-HEMT正向转移特性具有很好的正温度系数，十分有利于器件的并联使用。其开启电压小于2V，几乎不受结温的影响。过低的开启电压使得驱动电路的噪声容限很低，为驱动电路的设计带来困难。1.5.3Si-MOSFET、Si-IGBT、SiC-MOSFET、GaNE-HEMT的选用5电力电子器件的驱动

电力电子器件的驱动电路则是主电路与控制电路之间的接口。驱动电路的基本任务及要求如下：（1）使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义；（2）对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。（3）将信息电子电路（控制芯片等）传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间使其开通或关断的信号；（4）对半控型器件只需提供开通控制信号；（5）对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号；（6）驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，通常采用光隔离（光耦）或磁隔离（驱动变压器）。1.5.1晶闸管驱动基于脉冲变压器和晶体管放大器的驱动电路如图所示，当控制系统发出的高电平驱动信号加至晶体管放大器后，变压器Tr输出电压经D2输出脉冲电流Ig触发SCR导通。当控制系统发出的驱动信号为零后，D1、DZ续流，变压器励磁电感复位防止变压器饱和。1.5.2MOSFET和IGBT的驱动对驱动电路的要求如下：（1）为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻；（2）使功率MOSFET或IGBT开通的驱动电压幅值一般取10～15V；（3）关断时必要情况下可施加一定幅值的负驱动电压（一般取－5～－15V）有利于减小关断时间和关断损耗；（4）在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小寄生振荡。1、以地为参考电平的门极驱动电路（1）PWM控制器直接驱动（2）双极性图腾柱驱动器（3）加速（关断）电路2.高压侧非隔离门级驱动自举栅极驱动IC3.容性耦合门极驱动电路4.变压器耦合驱动单端变压器耦合驱动（1）单端变压器驱动（2）双端变压器驱动a）半桥上下管变压器驱动电路b）全桥上下管变压器驱动电路5.碳化硅MOSFET的驱动（1）驱动电压的选择：通常，SiCMOSFET驱动电压的绝对最大值为-5～-10V/+20～+25V（传统SiMOSFET栅、源极电压绝对最大值约为-30～+30V），SiCMOSFET的驱动电压较SiMOSFET的要高，通常为18V～20V左右，使用中可参考各厂商栅极耐压极限值及驱动电压推荐值，通常驱动电压推荐值较高而栅极耐压最大值较低，驱动过程中需要关注并抑制栅极电压的过冲；（2）SiCMOSFET开关速度快且VGS(th)较低，为防止实际使用中误导通引起电路故障，可采用关断驱动电压为负压，但SiCMOSFET的栅极负压耐压值远不及Si器件的-30～-20V，故关断驱动负压取值又不可过低。（3）驱动电路的布线考虑：SiCMOSFET的结电容远小于SiMOSFET，因此驱动回路的寄生电感对SiCMOSFET的影响更大，应尽量减小驱动器输出端与栅极之间的距离，并尽量加宽PCB走线，以减小寄生电感。将功率地和信号地区分开来，在靠近源极采用开尔文接法，如图所示。基于上述考虑，SiCMOSFET采用驱动源极和功率源极分开封装形式极为常见，图示为TO-247-4封装的SiCMOSFET。开尔文接法TO-247-4封装的碳化硅MOSFET1.6电力电力器件及装置的保护1.6.1过电流/过电压保护电力电子系统常用过电流/过电压保护方案电流保护措施包括：（1）基于电子电路的第一保护措施：检测开关管电流，当电流达到设定保护值时，封锁开关管驱动脉冲达到保护开关管过流损坏的目的；对于输出短路