论文部分内容阅读
当前电力电子工业界针对一些中大功率应用譬如高压变频器、固态变压器等场合,一般采用硅基IGBT串联模块作为开关器件的方案。但IGBT工作频率较低,损耗较大,装置体积庞大,功率密度无法做小。而碳化硅(SiC) MOSFET作为一种新型宽禁带半导体器件,以其高温、高频和高功率密度等优点而广受好评。将SiC MOSFET应用于诸如高压变频器、固态变压器等10kV左右中高压功率场合,一定程度上可以减小损耗而减小装置体积提高功率密度。但是由于SiC MOSFET本身结构的特点以及当前器件工艺水平,目前商业化的单芯片SiC MOSFET最大容量只能达到1200V/50A。为了满足高压大功率场合的应用,需要将SiC MOSFET串并联工作。功率器件串并联最大的问题在于串联器件均压问题,包括动静态均压以及串联驱动不一致等问题；而器件并联的问题则是电流与热的不一致。本文基于单一外驱动的SiC MOSFET串联方法,利用1200V/50A SiC MOSFET芯片,研制了3600V/100A子模块。在此基础上提出了将六个子模块先串后并的阻抗均衡混合连接结构,研制出具有快速开关能力的10kV/200A大功率SiCMOSFET混合模块。先由三个子模块串联构成级次模块,两个级次模块并联构建而成混合模块。该模块由三十六片1200V/50ASiC MOSFET芯片混合连接而成,并集成了驱动与均压电路。所需外部驱动信号仅为六路,通过光纤传输驱动信号,降低了外围干扰,比较容易实现驱动一致性,以减少驱动不一致所带来的均压问题。对该模块进行了动静态测试。静态阻断电压可达10kV,且电压均匀分配在各个串联器件上。在5400V/200A的动态测试条件下进行了双脉冲测试,流过该模块的电流可均匀分配于两并联次级模块,器件漏源电压均能箝位于安全范围之内,开通时间(电压90%降落至10%)为350ns,关断时间(电压10%上升至90%)为150ns。实验结果表明,该模块具有驱动方式简单方便、电压电流均衡效果良好以及开通关断快速等优点。