为了应对能源危机和生态环境恶化等问题,世界各国大力发展可再生能源发电、新能源汽车、高压直流输电等新兴应用,促进了大功率电力电子变流装置的广泛应用。大功率变流装置的可靠性对这些应用而言十分重要。装置的可靠性与其核心器件大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistors,IGBT)密切相关,而器件的可靠性与其开关瞬态的电气应力和损耗密切相关,开关应力控制与损耗优化主要依赖于门极驱动技术。随着IGBT制造工艺的发展,传统门极驱动方法对器件开关瞬态的电气应力控制效果较差,器件应力和开关损耗存在折中,无法满足器件高可靠性的要求,有源门极驱动技术受到广泛关注。本文针对适合大功率IGBT模块的有源门极驱动技术进行深入研究和探讨。文章首先对IGBT开关瞬态的电气应力与损耗进行分析,探索优化的门极驱动方式。在此基础上,提出了一种基于高速反馈的电流型闭环有源门极驱动(active current source gate drive,ACSD)方法,采用受门极驱动信号控制的电流源对门极进行充放电,实现快速驱动;设计了一种基于压控电流源的高速反馈电路,对di/dt和dv/dt信号进行采样、处理,在IGBT开关瞬态调节门极驱动电流,从而控制器件开关速度和开关应力。由于ACSD仅对电压上升、电流上升和下降三个阶段进行控制,对开关时间影响较小,开关损耗相比传统门极驱动大幅下降。搭建了双脉冲测试平台,对ACSD控制性能进行了实验验证,并与传统门极驱动进行对比,结果表明,ACSD开关应力控制效果显著,开关时间、损耗较小,并且在不同的集电极电流下也能较好地控制开关应力,具备软关断特性。结合ACSD反馈电路控制特性,对di/dt反馈信号进行积分来检测器件电流,进行短路保护。该短路保护方法能够快速、准确地检测短路故障,并快速关断器件,从而降低短路保护时间和短路电流峰值;由于软关断特性,器件电压应力得到控制。IGBT开关瞬态较短,集电极电压/电流上升或下降时间通常在几十纳秒到几百纳秒之间,对闭环有源门极驱动的控制带宽和稳定性要求较高。电路寄生电感、IGBT模块寄生参数以及反馈参数对闭环控制稳定性影响较大。因此,文章建立了较为准确的IGBT器件以及ACSD小信号模型,进行稳定性分析,并研究了关键参数对稳定性的影响,从而优化参数设计,提高稳定性。由于闭环有源门极驱动的控制机理,在桥臂电路中会引入额外的串扰信号。本文以ACSD为例,建立了串扰信号产生的理论模型,对桥臂电路中的串扰问题进行研究,并设计了一种串扰抑制电路,解决了闭环有源门极驱动在桥臂电路应用中的可靠性问题。器件的开关应力与负载电流和母线电压密切相关。当负载电流或母线电压很小时,应力较小,可以适当地提高器件开关速度,来降低开关损耗。因此,本文提出了一种自适应ACSD方法,反馈电阻能够跟随负载电流或母线电压变化进行智能调节,从而实现器件开关损耗的优化。搭建了满载为5kW的Buck变换器进行实验验证,结果表明,自适应ACSD方法能够优化开关损耗,变换器总体效率相比传统门极驱动在不同输出功率范围内稳定提升约0.6%。该方法适用于负载频繁切换的变换器,以及负载电流周期性变化的逆变器。