一种T型三电平电路及其芯片与模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种T型三电平电路及其芯片与模块。所述电路包括电容C1～C2、二极管Da～Db、宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2。两个电容串联后并联在直流母线电压Vdc的正负两端之间，两个电容的连接点为直流母线的中点。Q1、Q4串联起来共同承担Vdc，且串接点为三电平电路的交流输出端。T1的集电极、发射机分别连接Q2的漏极、源极构成并联单元一。T2的集电极、发射机分别连接Q3的漏极、源极构成并联单元二。Da、Db分别串联两个并联单元，且通过共阴极或共阳极连接使Da、Db、两个并联单元形成直流母线中点与交流输出端之间的桥接电路。本实用新型专利技术还公开采用所述电路制成的芯片与模块。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种T型三电平电路及其芯片与模块。
技术介绍
近几年，宽禁带材料及宽禁带半导体越来越多地得到了人们的关注，如碳化硅Mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、碳化硅二极管、氮化镓晶体管等，他们的开关速度非常快，导通阻抗也不大。由于宽禁带材料的引入，带来了半导体器件耐压和导通能力上相比传统材料半导体革命性的提高，为电力电子产品的高频化、高功率密度化的发展，提供了很好的支撑。但受制于封装水平及工艺的限制，宽禁带半导体还不能完全发挥优势取代传统的IGBT或MOSFET，另一方面，宽禁带半导体的成本还处于较高水平。目前的1200V的碳化硅Mosfet，单管Rds(on)可以做到Rds(on)指场效应管FET漏极D与源极S之间导通时D、S之间的电阻。开通和关断时间可达30ns左右，开关损耗非常小，在运行温度范围内Eon(开通的能量)和Eoff(关断的能量)随节温变化较小，如图1。但Rds(on)随节温变化巨大，150℃节温下的Rds(on)是25℃节温下的1.7倍左右，如图2。而1200V同样等级的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，Vce(Sat)(发射极与集电极之间的饱和电压)受节温的影响较小，如图3。以上分析说明，虽然碳化硅Mosfet的开关速度比IGBT快很多，开关损耗优势明显，但在节温较高或电流较大时，碳化硅Mosfet导通压降较大，导通性能反而不如IGBT。
技术实现思路
为了解决以上不足，本技术提出一种T型三电平电路及其芯片与模块，其所要解决的问题是：碳化硅Mosfet在节温较高或电流较大时的导通压降较大，导通性能不如IGBT，但开关性能比IGBT优越很多。采用同样电流容量时碳化硅Mosfet器件，使得成本较高，采用全窄禁带材料IGBT，使得高开关频率时，损耗较大，效率低。本技术的解决方案是：一种T型三电平电路，其包括电容C1～C2、二极管Da～Db、宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2；其中，电容C1～C2串联后并联在直流母线电压Vdc的正负两端之间，两个电容的连接点为直流母线的中点O；宽禁带半导体器件Q1、宽禁带半导体器件Q4串联起来共同承担直流母线电压Vdc，宽禁带半导体器件Q1、宽禁带半导体器件Q4的串接点为三电平电路的交流输出端A；窄禁带半导体器件T1的集电极、发射机分别连接宽禁带半导体器件Q2的漏极、源极构成并联单元一；窄禁带半导体器件T2的集电极、发射机分别连接宽禁带半导体器件Q3的漏极、源极构成并联单元二；二极管Da串联并联单元一，二极管Db串联并联单元二，且二极管Da、二极管Db通过共阴极连接或共阳极连接使二极管Da、二极管Db、并联单元一、并联单元二形成处于中点O与交流输出端A之间的桥接电路。作为上述方案的进一步改进，二极管Da、二极管Db共阴极连接时，即二极管Da的阴极与二极管Db的阴极连接时，二极管Da的阴极还连接宽禁带半导体器件Q2的漏极、窄禁带半导体器件T1的集电极，宽禁带半导体器件Q2的源极、窄禁带半导体器件T1的发射极均连接交流输出端A，二极管Da的阳极连接中点O；二极管Db的阴极还连接宽禁带半导体器件Q3的漏极、窄禁带半导体器件T2的集电极，宽禁带半导体器件Q3的源极、窄禁带半导体器件T2的发射极均连接中点O，二极管Db的阳极连接交流输出端A。作为上述方案的进一步改进，二极管Da、二极管Db共阳极连接时，二极管Db的阳极还连接宽禁带半导体器件Q3的源极、窄禁带半导体器件T2的发射极，宽禁带半导体器件Q3的漏极、窄禁带半导体器件T2的集电极均连接交流输出端A，二极管Db的阴极连接中点O；二极管Da的阳极还连接宽禁带半导体器件Q2的源极、窄禁带半导体器件T1的发射极，宽禁带半导体器件Q2的漏极、窄禁带半导体器件T1的发射极均连接中点O，二极管Da的阴极连接交流输出端A。作为上述方案的进一步改进，宽禁带半导体器件为碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管、或者氮化镓晶体管、或者绝缘栅双极型晶体管。作为上述方案的进一步改进，宽禁带半导体器件Q2、窄禁带半导体器件T1、宽禁带半导体器件Q3、窄禁带半导体器件T2各采用一个驱动单元实现相应半导体器件的导通与截止。作为上述方案的进一步改进，宽禁带半导体器件Q2与窄禁带半导体器件T1采用同一个驱动单元一；宽禁带半导体器件Q3与窄禁带半导体器件T2采用同一个驱动单元二。本技术还提供一种T型三电平电路芯片，其采用上述任意T型三电平电路，所述芯片具有多个功率引脚，直流输入正端、直流输入负端、交流输出端各连接一个功率引脚；所述芯片还具有用于驱动宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2导通与截止的多个信号引脚。本技术还提供一种T型三电平电路模块，其采用上述任意T型三电平电路，所述模块具有多个功率接线端，直流输入正端、直流输入负端、交流输出端各连接一个功率接线端；所述模块还具有用于驱动宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2导通与截止的多个信号接线端。本技术的有益效果为：采用宽禁带器件和窄禁带器件的开关管并联组合，与采用单一性能特点的器件对比，开关特性和导通特性均更优越，且会降低单纯使用宽禁带器件的成本；根据电路工作的特点，来对并联的两种器件进行独立控制，进一步降低损耗，提高系统效率。附图说明图1是目前碳化硅Mosfet在温度范围内Eon/Eoff随节温变化的曲线图。图2是目前碳化硅Mosfet在温度范围内Rds(on)随节温变化的曲线图。图3是目前IGBT在运行温度范围内Vce(sat)随节温变化的曲线图。图4是本技术实施例1提供的T型三电平电路的电路示意图。图5是交流输出电流iL、桥臂输出电压Uao和调制波Uref的波形图。图6是本技术实施例2提供的T型三电平电路的电路示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1请参阅图4，T型三电平电路包括电容C1～C2、二极管Da～Db、宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2。宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2均可设置有驱动相应半导体器件导通与截止的驱动电路即驱动单元，这样，宽禁带半导体器件Q1～Q4和窄禁带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种T型三电平电路，其特征在于：其包括电容C1～C2、二极管Da～Db、宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2；其中，电容C1～C2串联后并联在直流母线电压Vdc的正负两端之间，两个电容的连接点为直流母线的中点O；宽禁带半导体器件Q1、宽禁带半导体器件Q4串联起来共同承担直流母线电压Vdc，宽禁带半导体器件Q1、宽禁带半导体器件Q4的串接点为三电平电路的交流输出端A；窄禁带半导体器件T1的集电极、发射机分别连接宽禁带半导体器件Q2的漏极、源极构成并联单元一；窄禁带半导体器件T2的集电极、发射机分别连接宽禁带半导体器件Q3的漏极、源极构成并联单元二；二极管Da串联并联单元一，二极管Db串联并联单元二，且二极管Da、二极管Db通过共阴极连接或共阳极连接使二极管Da、二极管Db、并联单元一、并联单元二形成处于中点O与交流输出端A之间的桥接电路。

【技术特征摘要】
1.一种T型三电平电路，其特征在于：其包括电容C1～C2、二极管Da～Db、
宽禁带半导体器件Q1～Q4、窄禁带半导体器件T1～T2；其中，
电容C1～C2串联后并联在直流母线电压Vdc的正负两端之间，两个电容的
连接点为直流母线的中点O；宽禁带半导体器件Q1、宽禁带半导体器件Q4串
联起来共同承担直流母线电压Vdc，宽禁带半导体器件Q1、宽禁带半导体器件
Q4的串接点为三电平电路的交流输出端A；
窄禁带半导体器件T1的集电极、发射机分别连接宽禁带半导体器件Q2的
漏极、源极构成并联单元一；窄禁带半导体器件T2的集电极、发射机分别连
接宽禁带半导体器件Q3的漏极、源极构成并联单元二；二极管Da串联并联单
元一，二极管Db串联并联单元二，且二极管Da、二极管Db通过共阴极连接
或共阳极连接使二极管Da、二极管Db、并联单元一、并联单元二形成处于中
点O与交流输出端A之间的桥接电路。
2.如权利要求1所述的T型三电平电路，其特征在于：二极管Da、二极
管Db共阴极连接时，二极管Da的阴极还连接宽禁带半导体器件Q2的漏极、
窄禁带半导体器件T1的集电极，宽禁带半导体器件Q2的源极、窄禁带半导体
器件T1的发射极均连接交流输出端A，二极管Da的阳极连接中点O；二极管
Db的阴极还连接宽禁带半导体器件Q3的漏极、窄禁带半导体器件T2的集电
极，宽禁带半导体器件Q3的源极、窄禁带半导体器件T2的发射极均连接中点
O，二极管Db的阳极连接交流输出端A。
3.如权利要求1所述的T型三电平电路，其特征在于：二极管Da、二极
管Db共阳极连接时，二极管Db的阳极还连接宽禁带半导体器件Q3的源极、
窄禁带半导体器件T2的发射极，宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，倪华，
申请(专利权)人：阳光电源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34