一种碳化硅MOSFET的并联均流结构制造技术

一种碳化硅MOSFET的并联均流结构，由n级构成，n≥1，n为正整数。每一级由碳化硅MOSFET Q1、Q2、……、Qn及其驱动电路组成；驱动电路中，每个驱动电源串联一个均流电感器，均流电感器连接驱动电阻，驱动电阻连接一个单体MOSFET，即驱动电源ug1、ug2、……、ugn的正极连接均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的一端a1、a2、……、an，均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的另一端b1、b2、……、bn连接驱动电阻Rg1、Rg2、……、Rgn的一端，驱动电阻另一端连接单体碳化硅MOSFET Q1、Q2、……、Qn。

A Parallel Current Sharing Structure for Silicon Carbide MOSFET

A parallel current sharing structure of silicon carbide MOSFET is composed of n stages, n (> 1), n being a positive integer. Each stage consists of silicon carbide MOSFET Q1, Q2,... Qn and its driving circuit are composed of a current-sharing inductor connected in series with each driving power source, a current-sharing inductor connected with the driving resistor, and a driving resistor connected with a single MOSFET, i.e., driving power ug1, ug2,.... The positive pole connected current sharing inductors of ugn, Lg1, Lg2,... Lgn end a1, a2,... An, current sharing inductors Lg1, Lg2,... At the other end of Lgn, b1, b2,... BN connection drive resistors Rg1, Rg2,... One end of Rgn, the other end of driving resistance is connected with monomer silicon carbide MOSFET Q1, Q2,... Qn.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅MOSFET的并联均流结构
本专利技术涉及一种碳化硅开关器件拓扑。
技术介绍
当前广泛使用的开关器件主要是硅基底的MOSFET和IGBT。硅基底MOSFET开关损耗低，但要做到1700V及以上耐压则导通损耗很高，IGBT导通损耗低，但由于尾流则开关损耗很高，一般不能用于很高的开关频率，如10kHz以上。而使用碳化硅基底的MOSFET开关器件，相对硅基底的MOSFET具有低导通损耗的优点，相对IGBT具有低尾流低开关损耗的优点。单体碳化硅MOSFET往往功率较小，当需要用在更大功率的场合时，需要并联使用以增加通过电流能力。但并联碳化硅MOSFET使用时，由于驱动在时间和幅值上的误差、主功率电路寄生参数差异等影响会导致器件开通关断电流不相等，过大的电流在开关器件关断时会产生较大的电压应力，使开关器件被过压击穿损坏。现有的MOSFET驱动电路大多数是基于硅器件MOSFET设计，对于碳化硅MOSFET的驱动电路设计较少，专利CN107800416A-一种大功率碳化硅驱动电路中提出了一种碳化硅MOSFET驱动电路，其具有隔离、保护、软关断功能。但是没有考虑到大功率应用场合中碳化硅并联可能遇到的脉冲不一致问题。
技术实现思路
本专利技术针对以上技术上的不足，提出一种新的碳化硅MOSFET并联均流结构。本专利技术解决了传统并联碳化硅MOSFET并联结构因驱动信号不一致导致的误开通问题，达到并满足碳化硅MOSFET大功率的设计要求。本专利技术碳化硅MOSFET并联均流结构为n个子模块并联，n的最小值为总设计功率除以单个碳化硅MOSFET设计功率，n为正整数。每一个子模块由一个碳化硅MOSFET及一个驱动电路组成，碳化硅MOSFET和驱动电路连接。驱动电路中，驱动电源的正极连接均流电感器的一端，均流电感器的另一端连接驱动电阻的一端，驱动电阻的另一端连接碳化硅MOSFET。本专利技术碳化硅MOSFET并联均流结构为n个子模块并联，共有n个碳化硅MOSFETQ1、Q2、……、Qn及n个驱动电路，n≥1，n为正整数。每路驱动电路中，每个驱动电源串联一个均流电感器，均流电感器连接驱动电阻，驱动电阻连接一个单体碳化硅MOSFET，即驱动电源ug1、ug2、……、ugn、分别对应连接到均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的端口a1、a2、……、an，均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的另一端b1、b2、……、bn分别对应连接驱动电阻Rg1、Rg2、……、Rgn的一端，驱动电阻的另一端分别对应连接碳化硅MOSFETQ1、Q2、……、Qn。其中均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的磁路由1个I型磁芯、n-1个C型磁芯和缠绕在I型磁芯、C型磁芯表面的N匝绝缘铜线圈构成。所述的均流电感器磁路的结构特征在于，第一个C型磁芯水平放置，C型磁芯的开口端与所述的I型磁芯贴合连接构成O型磁芯，第二个C型磁芯开口端连接第一个C型磁芯闭口端，构成O型磁芯，且I型磁芯与C型磁芯在同一平面，以此类推，第n-1个C型磁芯的开口端连接第n-2个C型磁芯闭口端，第n个C型磁芯的开口端连接第n-1个C型磁芯的闭口端，构成n个O型链式磁芯。本专利技术的均流电感器电路的结构特征在于，I型磁芯上以顺时针方向绕制绝缘铜线圈，并引出两个端子a1、b1，构成第一级均流电感器Lg1，n-1个C型磁芯的闭口端均以顺时针方向绕制绝缘铜线圈，并引出两个端子a2和b2、a3和b3、……、an和bn，构成第2级至第n级均流电感器Lg2、……、Lgn。磁芯上绕制的绝缘铜线匝数N的下限满足下式所示的条件；式中，ΔUgate是碳化硅MOSFET驱动电压高低电平的电压差，ton是碳化硅MOSFET开通时间，toff是碳化硅MOSFET关断时间，Bmax是选取的磁芯最大工作磁感应强度，S是磁芯等效截面积。磁芯上绕制的绝缘铜线匝数N的上限满足下式所示条件；式中，μ是磁芯的磁导率，Crss是碳化硅MOSFET的等效电容，Rg是驱动电阻，Ugate是驱动电源电压正值，Udc是主功率回路直流电压值,l是磁回路长度。本专利技术与现有技术相比，优点在于：1、保证驱动信号的一致性，防止碳化硅MOSFET误开通；2、保证碳化硅MOSFET开通时长一致，从而达到均流；3、工程实现较为简单，便于拓展。附图说明图1为实施例碳化硅MOSFET并联均流结构示意图；图2为实施例中均流电感器的具体结构示意图；图3为实施例中碳化硅MOSFET的门漏级等效电容示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。本实例所述碳化硅并联均流结构由n级构成，如图1所示，每一级由碳化硅MOSFETQ1、Q2、……、Qn及其驱动电路组成；每路驱动电路中，每个驱动电源串联一个均流电感器，均流电感器连接驱动电阻，驱动电阻连接一个单体MOSFET即驱动电源ug1、ug2、……、ugn的正极连接均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的一端a1、a2、……、an，均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的另一端b1、b2、……、bn连接驱动电阻Rg1、Rg2、……、Rgn的一端，驱动电阻另一端分别连接单体碳化硅MOSFETQ1、Q2、……、Qn。其中均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的磁路由1个I型磁芯和n-1个C型磁芯组成，电路由绝缘铜线圈构成。如图2所示，本专利技术的均流电感器磁路的结构特征在于，第一个C型磁芯水平放置，C型磁芯的开口端与所述的I型磁芯贴合连接构成O型磁芯，第二个C型磁芯开口端连接第一个C型磁芯闭口端，构成O型磁芯，且I型磁芯与C型磁芯在同一平面，以此类推，第n-1个C型磁芯的开口端连接第n-2个C型磁芯闭口端，第n个C型磁芯的开口端连接第n-1个C型磁芯的闭口端，构成n个O型链式磁芯。当驱动电压有延迟时，如驱动电压ug1高电平，其它驱动电压ug1、ug2、……、ugn为低电平。当均流电感器Lg1上电流ig1增加时，会在磁路中产生磁通势F1，其它磁路中会产生感应磁动势F2、……、Fn，大小和磁动势F1相等，方向和磁动势F1相反。感应磁动势F2、……、Fn产生感应电流，驱使碳化硅MOSFETQ2、……、Qn与碳化硅MOSFETQ1同时开通。如驱动电压ug1低电平，其它驱动信号ug1、ug2、……、ugn为高电平。当均流电感器Lg1上电流ig1增加时，会在磁路中产生磁通势F1，其它磁路中会产生感应磁动势F2、……、Fn，大小和F1相等，方向和F1相反。感应磁动势F2、……、Fn产生感应电流，驱使碳化硅MOSFETQ2、……、Qn和碳化硅MOSFETQ1同时关断。本专利技术的均流电感器的电路结构特征在于，I型磁芯上以顺时针方向绕制绝缘铜线圈，并引出两个端子a1和b1构成第一级均流电感器Lg1，n-1个C型磁芯的闭口端均以顺时针方向绕制绝缘铜线圈，并引出两个端子a2和b2、a3和b3、……、an和bn构成第2级至第n级均流电感器Lg2、……、Lgn。磁芯上绕制的绝缘铜线匝数N的下限满足下式所示条件；式中，ΔUgate是碳化硅MOSFET驱动高低电平的电压差，ton是碳化硅MOSFET开通时间，toff是碳化硅MOSFET关断时间，Bmax是选取的磁芯最大工作磁感应强度，S是磁芯等效截面积。磁芯上绕制的绝缘铜线匝数N上限满足下式所示条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅MOSFET的并联均流结构，其特征在于：所述碳化硅并联均流结构由n级构成，n≥1，n为正整数；每一级由碳化硅MOSFET Q1、Q2、……、Qn及其驱动电路组成；驱动电路中，每个驱动电源串联一个均流电感器，均流电感器连接驱动电阻，驱动电阻连接一个单体MOSFET，即驱动电源ug1、ug2、……、ugn的正极连接均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的一端a1、a2、……、an，均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的另一端b1、b2、……、bn连接驱动电阻Rg1、Rg2、……、Rgn的一端，驱动电阻另一端连接单体碳化硅MOSFET Q1、Q2、……、Qn。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅MOSFET的并联均流结构，其特征在于：所述碳化硅并联均流结构由n级构成，n≥1，n为正整数；每一级由碳化硅MOSFETQ1、Q2、……、Qn及其驱动电路组成；驱动电路中，每个驱动电源串联一个均流电感器，均流电感器连接驱动电阻，驱动电阻连接一个单体MOSFET，即驱动电源ug1、ug2、……、ugn的正极连接均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的一端a1、a2、……、an，均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的另一端b1、b2、……、bn连接驱动电阻Rg1、Rg2、……、Rgn的一端，驱动电阻另一端连接单体碳化硅MOSFETQ1、Q2、……、Qn。2.根据权利要求1所述的碳化硅MOSFET的并联均流结构，其特征在于：所述的均流电感器Lg1、Lg2、……、Lgn的磁路由1个I型磁芯、n-1个C型磁芯和缠绕在I型磁芯、C型磁芯表面的N匝绝缘铜线圈构成；第一个C型磁芯水平放置，C型磁芯的开口端与所述的I型磁芯贴合连接构成O型磁芯，第二个C型磁芯开口端连接第一个C型磁芯闭口端，构成O型磁芯，且I型磁芯与C型磁芯在同一平面；以此类推，第n-1个C型...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞云亭，郭心铭，韦统振，霍群海，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11