主办单位：中国电源学会、中国电源学会科技竞赛工作委员会
承办单位：昆明理工大学
冠名合作伙伴：阳光电源股份有限公司
联合合作伙伴：英飞凌科技（中国）有限公司、安徽希磁科技股份有限公司、湖南艾华集团股份有限公司、意法半导体（中国）投资有限公司、苏州纳芯微电子股份有限公司
测试合作伙伴：艾德克斯电子有限公司

◆ 竞赛题目：基于导通压降检测的自适应栅极驱动设计与开关损耗优化

在新能源与储能系统中，功率器件通常需要在以下两类典型工况下运行：
1. 额定工况（连续运行）：系统长时间处于稳定输出状态，要求功率器件具有较低的开关损耗和可控的温升，以提升系统整体效率和寿命。
2.短时高应力工况（过载或冲击工况）：在并离网切换、负载突加突卸、故障穿越等过程中，功率器件需承受远高于额定值的电流和电压应力，对栅极驱动的抗串扰能力、过冲抑制能力和保护响应速度提出更高要求。
工程实践中，传统栅极驱动参数往往按照极端工况进行保守设计，虽可保证安全裕量，但在额定工况下会导致开关速度偏慢、损耗偏大，系统综合性能难以达到最优。
本赛题以 1200V SiC MOSFET 为对象，要求参赛队通过导通压降检测与自适应栅极驱动策略，在不同母线电压和电流工况下动态优化驱动行为，在保证器件安全可靠的前提下，实现开关损耗与动态性能的综合优化。

◆ 参赛设计技术要求

1. 栅极驱动器总体要求。
参赛队需独立完成一套适用于 1200V SiC MOSFET 的隔离栅极驱动器模块设计与实现。驱动器需满足以下基本要求：
 — 栅极驱动电压：+18.0V / −5.0V（±1.0V）；
 — 单路驱动输入功率：≤ 3W；
 — 驱动隔离耐压：≥ 1500V（功能绝缘）；
 — 共模瞬态抗扰度（CMTI）：≥ 100 V/ns；
 — 支持最高 30 kHz 的开关频率能力。
2. 导通压降检测与判据构建
驱动器需具备对 SiC MOSFET 导通压降或等效量的在线检测能力，并基于检测结果构建用于工况识别或保护判据的检测逻辑，满足快速性与抗噪声干扰要求。
3.自适应栅极驱动策略
基于检测结果或等效判据，实现驱动参数的自适应调节，具体实现方式不作限定，可通过多档位或连续可变等效栅极电阻、开通与关断分离控制、两段式关断或软关断、米勒钳位及负压关断优化等手段，在高电流、高电压工况下抑制过冲与串扰、保证器件安全运行，并在额定工况下降低开关损耗（E_on/E_off），提升综合性能。
4. 快速保护与抗串扰能力
驱动器需具备独立的故障检测与保护输出能力，在短路或过流工况下，能够在 2 µs 内触发保护动作，并实现可控关断，避免二次风险。在统一主功率板条件下，被动管栅极电压需满足以下串扰要求（Kelvin Source 参考）：正向串扰峰值 ≤ 0V；负向串扰谷值 ≥ −8V。

◆ 竞赛平台与边界条件

1. 主办方统一提供平台
为保证竞赛公平性、可比性与工程真实性，以下平台由主办方统一提供，参赛队不得对其进行任何修改：
 — 半桥主功率板（1200V SiC MOSFET，母排、去耦、布局及散热方式固定）；
 — 主控与基础保护系统（过流、过压、欠压、温度）；
 — 电流、电压采样系统（仅用于测试记录，不向参赛队开放数值）；
 — 双脉冲（DPT）与单脉冲（SPT）测试平台及上位机软件。

2. 参赛队负责内容
参赛队仅围绕“栅极驱动器模块”展开设计与实现，允许采用模拟/数字混合方案，但不得依赖平台内部数据闭环。
 — 栅极驱动器模块（含检测、保护、自适应策略）
 — 可采用模拟、MCU、FPGA 等方式实现

3.禁止事项
为避免通过改变主回路或获取平台内部数据来“绕开赛题”，以下行为禁止：
 — 不得修改主功率回路（母排、去耦、电容、吸收网络等）；
 — 不得读取主控内部电流/电压数据作为闭环依据；
 — 不得在功率板外加装改变主回路特性的硬件。
违反上述任一条款，将取消比赛资格。

◆ 测试内容与方法

为保证竞赛结果的公平性、可比性与工程一致性，参赛队提交的栅极驱动器模块统一在主办方提供的测试平台上进行测试。测试对象为驱动器对 1200V SiC MOSFET 的驱动性能，测试内容覆盖不同母线电压、电流工况及故障条件下的开关行为、损耗表现、串扰控制与保护能力。

1. 静态工况测试

测试目的：
验证栅极驱动器的基本功能、驱动电压幅值准确性、波形质量及高频连续运行稳定性。静态工况测试作为工作状态测试的准入条件。
测试条件：
 — 不加主功率电源；
 — 开关频率：30 kHz；
 — 占空比：50%；
 — 连续运行时间：1 分钟；
 — 栅极电压测量以 Kelvin Source 为参考。
测试内容与要求：
 — 栅极导通电压：+18.0 V ±1.0 V；
 — 栅极关断电压：−5.0 V ±1.0 V；
 — 驱动波形稳定，无异常振荡、无多次触发或毛刺；
 — 连续运行期间驱动器无复位、无故障锁存或异常现象。
说明：静态工况测试不满足上述任一要求的参赛作品，不进入后续测试环节。

 

2. 双脉冲开关状态测试

测试目的：
验证栅极驱动器在不同母线电压与电流工况下，对功率器件开通、关断过程的控制能力及开关损耗表现。
测试条件：
 —  母线电压：300 V_dc、600 V_dc；
 —  额定电流：I_N = 20A；
 —  电流工况：1.0 I_N（额定），3.0 I_N（冲击）；
 —  电流设定误差：|I − I_set| ≤ 2%·I_set，每个工况重复测试 5 次。
测试内容与要求：
 — 记录功率器件漏源电压 v_ds(t) 与漏极电流 i_d(t)；
 — 记录主动管与被动管栅极电压 v_gs(t)（Kelvin参考）；
 — 计算开通能量Eon、关断能量 E_off；
 — 统计开通与关断电压过冲水平；
 — 统计被动管栅极串扰的正向峰值与负向谷值。

 

3. 单脉冲短路与过流保护测试

测试目的：
验证栅极驱动器在短路或过流故障工况下的保护触发能力、响应速度及关断过程的可控性。
测试条件：
 —  在低母线电压条件下进行测试；
 — 采用单脉冲方式逐步增加触发宽度。
测试内容：
 — 记录保护触发行为及响应过程；
 — 评价保护触发门限的稳定性；
 — 评价保护动作的及时性；
 — 观察关断过程中是否存在异常过冲、振铃或二次触发现象。

短路工况的具体实现方式（如真实短路或通过小电感模拟短路）以主办方最终发布的测试方案为准。

 

4. 工况一致性与扩展测试

测试目的：
验证栅极驱动策略在不同电压、电流应力条件下的稳定性、一致性及综合适应能力。
测试内容：
 — 加热散热器温度至75摄氏度，再次完成静态工况测试、双脉冲开关状态测试、单脉冲短路与过流保护测试；
 — 在 600 V 母线电压、30 kHz 固定占空比50%条件下，进行双向 Buck 工况测试，通过可编程负载完成额定工况及 20 ms 暂态 3 倍过载工况测试。

补充说明：具体测试流程和详细评分细则在中期报告提交后公布。