10kV-200A大功率碳化硅MOSFET混合模塊設(shè)計.pdf

1、當前電力電子工業(yè)界針對一些中大功率應(yīng)用譬如高壓變頻器、固態(tài)變壓器等場合，一般采用硅基IGBT串聯(lián)模塊作為開關(guān)器件的方案。但IGBT工作頻率較低，損耗較大，裝置體積龐大，功率密度無法做小。而碳化硅(SiC) MOSFET作為一種新型寬禁帶半導體器件，以其高溫、高頻和高功率密度等優(yōu)點而廣受好評。將SiCMOSFET應(yīng)用于諸如高壓變頻器、固態(tài)變壓器等10kV左右中高壓功率場合，一定程度上可以減小損耗而減小裝置體積提高功率密度。但是由于SiC

2、MOSFET本身結(jié)構(gòu)的特點以及當前器件工藝水平，目前商業(yè)化的單芯片SiC MOSFET最大容量只能達到1200V/50A。為了滿足高壓大功率場合的應(yīng)用，需要將SiC MOSFET串并聯(lián)工作。功率器件串并聯(lián)最大的問題在于串聯(lián)器件均壓問題，包括動靜態(tài)均壓以及串聯(lián)驅(qū)動不一致等問題;而器件并聯(lián)的問題則是電流與熱的不一致。
　　本文基于單一外驅(qū)動的SiC MOSFET串聯(lián)方法，利用1200V/50A SiCMOSFET芯片，研制了3600V

3、/100A子模塊。在此基礎(chǔ)上提出了將六個子模塊先串后并的阻抗均衡混合連接結(jié)構(gòu)，研制出具有快速開關(guān)能力的10kV/200A大功率SiCMOSFET混合模塊。先由三個子模塊串聯(lián)構(gòu)成級次模塊，兩個級次模塊并聯(lián)構(gòu)建而成混合模塊。該模塊由三十六片1200V/50A SiC MOSFET芯片混合連接而成，并集成了驅(qū)動與均壓電路。所需外部驅(qū)動信號僅為六路，通過光纖傳輸驅(qū)動信號，降低了外圍干擾，比較容易實現(xiàn)驅(qū)動一致性，以減少驅(qū)動不一致所帶來的均壓問題。