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1、西安理工大学硕士学位论文高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究姓名：苏娟申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：王华民20030101独创性声明秉承学校严谨的作风和优良的科学道德，本人声明所旱交的学位论文足我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了义中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或他人巳申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任论文作者签名 茎聋 砷；年；月，t日保护知识产权声明本人
2、完全了解谣安理工大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻渎学位期间，论文工作的知识产权单位属西安理工大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文成果时署名单位仍然为西安理，1：大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的余部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：芝!鱼j导师熊名：主望丛 枷弓年罗月肛日摘 要高频功率MOSFET驱动电路及并联特性研究学科名称：撞生堡诠量控生王猩誓嚣篡篓亍二彳I戈蔷i导师姓名：t磷队职称： h。投答辩日期： 加了；摘 要目前，用于晶体生长的区熔式单晶炉配套使用的
3、是国外进口或国内生产的真空电子管式高频感应加热电源，存在诸如可靠性差、电子管使用寿命短、操作不安全、变换效率低等问题。由于工作频率非常高(1MHz2 5MHz)，现有技术成熟的火容量全同态感应加热电源几乎无法满足要求。因此，设计并生产超高频的全固态感应加热电源变得尤为重要。本课题就是基于这种需要，研究背景选定为高频(1MHz2 5MHz)情况下采用功率MOSFET为主器件的多管并联逆变电源，因此苗频情况下的功率MOSFET的驱动电路以及在并联时出现的问题成为主要的研究对象，这些为以后电源装置的设计调试、减少器件成本及提高工作效率提供良好的前期准备。本文主要研究高频功率MOSFET的驱动电路和在
4、动态开关模式下的并联均流特性。首先简要介绍功率MOSFET的基本工作原理及静态及动态特性，然后根据功率MOSFET对驱动电路的要求，对驱动电路进行了参数计算并且选择应用了实用可靠的驱动电路。此外，对功率MOSFET在兆赫级并联山于不同的参数影响而引起的电流分配不均衡问题做了仿真研究及分析。晟后采用实验方法对兆赫级功率MOSFET双管并联在动态开关模式下的均流特性进行研究并采用了一些行之有效西安理工大学硕士学位论文的措施使得电流分配基本均衡。实验证明，实验采用的均流措施是非常有效的取得了良好的均流效果。关键词：高频 功率MOSFET 双管并联 驱动电路 均流措施本课题为陕西省科技研究发展计划项目
5、ABSRACTRESEARCH 0N HF MOSFET DRIVE C工RCUITAND PARALLEL CHARACTER I ST工CSSupervisorS nameStudentS nameABSTRACTAt preseetthe crYstal growth equipmen L is equi PPed wi ch vaeuum tubeHF(1Mllz、25MHz)induetion heating power supplYWhile thit suppl Y hasmanY di sadvantage s，such as 10W reliability，short 10n
6、gevitY of vaeuu“tube，operational safety， 10W transfer efficiencyExisting hugecapacity t01id induction heating power tuppl Y cannot meet thit needSo it it urgent to design and prod uce thiS HF induction heating powersuppl yThi S task it based on MOSFET multidevices paral lel inverter onIF(Mllz25 Miz)
7、Itt v ery neces sary to design the drive Circuit andditCUSS problelliS that maybe OCC u r on IIFThit providOt solile experi encefor Lhe d esigni ng alld d e b uggi ng of el ectri cal SOUrcered LIce t he costand ad vanci ng efficiencyThi S t h esi S pays more attention t0 the lF MOSFET drive circuit
8、andcharacteri Sties of balancing parallel,IIOSFETsC urrentS i n dynamic modeAt first the pri nci Ple and characteristi Ct in statie and d ynamic modeof power MOSFET are i ntroduced Grounding on the charact eri StiUS，theparameters of dri ve circuit aro calc ulated and an applied and reliabledri ve ci
9、rc uit i s proposedNextparallel MOSFETs maybe make currents西安理工大学硕士学位论文()fonMOSFETs u nbalanced beaause of Lhe UBequal parame Lers of Componen LsF，Which is Si nlulated and anal YsedAt 1astresearch on thecharacteFi StiCs 0f two parallel power MOSFETs on megahertZ in d Yhamicmode are experimented and
10、some avai 1able measures are made to balancethe currentsExperiineBtal result s show the rlleastlres are vetY effective and goodefrect is gotKcY word s：high freqUencypOWEr MOSFETtwo parallel devicesircuit，balance current measuresThis task is a item of shamxi science and techmolog),rEsEarch anddevelop
11、ment pr0Jects概述1概述11硅单晶生长原理及感应加热现状111硅单晶生长的工作原理晶体生长的具体过程是：在一定的条件下，首先形成许多小晶粒，然后通过它们的长大，最后凝结成整块的晶体。这一过程在晶体的生长中叫做成核与长大的过程，把低于凝固点的温度称为过冷温度，或过冷态。一般说来，物质在凝结温度以上时为液态，这时液态的自由能比固态的自由能低，所以液态是稳定状态。当处在凝固温度以下时，由于物质处在固态的自由能比处在液态的自由能低，因此达到稳定后，它以固态存在。但是当熔体处在一定的过冷态中，如果没有一定大小的晶核存在，结晶的过程也不能进行。晶核的生长，分白发和非自发两种。目前硅单晶的拉制，
12、都是使用非自发晶核，即人为的加入籽晶。它的优点是容易拉制具有一定晶向的单晶体。当熔体处于稳定状态下，此时体系本身只有一个均匀的液相。由于热运动的涨溶现象，总有一定的几率，使其中部分分子聚集在一起，成为许多具有晶体结构小集团。一旦进入过冷却状态，这时由于固态的自由能比液态的自由能低，这些小集团便形成了晶粒。因此就有产生固相及结晶的趋势。由于固相的生成，使体系本身处于液相和固相两个状态中。在熔态中所出现的晶粒，并不是所有的都能长大的。只有棱长大于某一定值的晶粒才有可能长大，若晶粒的棱长小于此值，此晶粒便自发熔化。我们称这个能自行长大的晶核的最小值为临界值。即在一定的过冷态下，必须具有一定尺寸的临界
13、晶核才能结晶。过冷度越大，临界值西安理工大学硕士学位论文越小，结晶的可能性越大。在液相和固相共存时，存在着相互矛盾的两个过程，一个使部分原予由高能量状态(液相)向低能量状态(固相)转化，使体系自由能降低，其数值为一aAfv。其中a为校长，甑为单位体积两相间的自由能差(即F mF目)：另一个是由于固相表面的形成，又需要能量，从而使体系总能量(自由能)增加，其数值为6a2盯。其中O-为单位固液交界面上固液两相间表面张力的大小。如果6a2盯的值大于一aAfv的绝对值，使体系自由能增加，过程发展为液态的趋势占主要地位，就向液态发展：当一aAf的值大于 2盯的绝对值时，使体系自由能降低，就向固态转化。v
14、6a如果结晶的过程中有许多晶核存在，就会形成多晶体。为了获得单晶，就必须控制一定的过冷温度，在晶体生长过程中，只允许所加入的唯一的晶核长大，并且防止有新的晶核出现和长大。区熔法生长硅单晶的特点是：比较容易得到电阻率为l数千Qcm的单晶：其电阻率竟相均匀性较好：两种不同导电类型的杂质相互补偿的程度小；少数载流子寿命长，最高可达毫秒数量级：氧含量低，热处理后电性能变化小等。区熔的加热方式，主要有感应加热和电子轰击加热。前者应用非常广泛。112国内外感应加热技术的发展与现状七十年代后期，以大功率晶体管、门极可关断晶闸管和功率场效应晶体管为代表的全控型功率半导体器件的商品化，使电力电子技术出现了一次飞
15、跃。进入八十年代以后，半导体工艺日渐成熟，并不断产生新技术，出现了大功率半导体器件模块，使电力电子装置的体积大为减小，而且极大地提高了效率和可靠性。在八十年代后期，不仅已有的GTR、POWER MOSFET容量不断地提高，而且涌现山绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)、MOS控制晶闸管(MCT)等新型自关断器件，它们为全固态中高频感应加热电概述源的推广普及提供了条件。IGBT，SITH在几十千赫兹频段内得到了大量应用，而SIT、MOSFET则在100KHZ以上频段向传统的电子管式感应加热电源发起了挑战。2目前，国外在中高频感应加热电源的全固态化方面
16、以取得了重大进展。西班牙采用GTR作成的感应加热电源的技术指标为50kHz25k wIGBT为50kHz200kW,MOSFET为200kHz200k w日本采用SITH为60kHz100kwSIT为100kHz300kW和200kHz200kw。从这些技术指标可以看出，全固态中高频感应加热电源已经能够替代电子管式高频电源，有着良好的应用前景。国内很早就开始了感应加热电源的研制工作。浙江大学于七十年代研制成我国第一台100Kw1KHZ晶闸管并联逆变式中频电源。然后陆续由一些单位生产，截止目前已形成lKHZ、2 5KHZ、8KHZ三个标准系列，在厂矿企业得到了广泛的使用。近年来，一些单位开发了基于集成电路控制和单片机控制的中频电源，在提高中频电源起动成功率和负载适应性方面取得了一些成绩。然而，和国外相比，国内还有不少差距。在容量上，中频电源国外最高容量为10MVA，而国内为2MVA。在控制技术手段上，
