SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法及装置，具体为：步骤1：根据流经SiC/Si混合并联器的负载电流选择开关模式；步骤2：采用迭代计算根据SiC/Si混合并联器件的损耗计算SiC MOSFET的结温T

【技术实现步骤摘要】
SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法及装置


[0001]本专利技术属于电力电子技术与电工


技术介绍

[0002]相比于Si器件，SiC器件具有禁带宽度大、击穿场强高、饱和电子漂移速度快、导热率高等优点，使得最具代表性的SiC MOSFET器件具有更小的导通电阻与更快的开关速度，适用于高速高温的应用场合；然而受限于SiC MOSFET的成本与电流等级，SiC基变换器功率处理能力不足。为了充分利用Si IGBT的导通优势以及SiC MOSFET的开关优势，可以将SiC MOSFET与Si IGBT混合并联，并通过设计不同的开关模式控制混合并联器件。
[0003]目前文献中针对SiC/Si混合并联器件的栅极控制问题，常用的方法是建立混合并联器件的损耗模型，根据损耗模型设置开通/关断延迟时间减小损耗。当变换器工作条件或环境温度发生改变时，之前设置的固定开通/关断延迟时间可能无法减小混合并联器件的损耗；而且由于混合并联器件内部电流分配不均衡，作为辅助器件的小电流SiC MOSFET可能出现温度过高甚至超过最高结温限制的问题，加重SiC MOSFET的老化失效问题，同时限制了混合并联器件的功率能力。因此，现有的SiC/Si混合并联器件栅极控制方法中，无法确保混合并联器件在安全工作的前提下，实现混合并联器件的最小损耗与热平衡。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法及装置。
[0005]技术方案：本专利技术提供了一种SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法，其特征在于，所述SiC/Si混合并联器件包括开关管SiC MOSFET，以及并联于SiC MOSFET两端的开关管Si IGBT，所述方法具体为：
[0006]步骤1：根据流经SiC/Si混合并联器的负载电流选择SiC/Si混合并联器的开关模式；
[0007]步骤2：采用迭代计算根据SiC/Si混合并联器件的损耗计算SiC MOSFET的结温T
j_MOS
以及SiC MOSFET的结温T
j_IGBT
；
[0008]步骤3：在T
j_MOS
和T
j_IGBT
之间选择最大值作为参考结温T
j
，如果T
j
小于预设的第一参考结温T
ref_j1
，或者如果T
j
大于等于预设的第二参考结温T
ref_j2
，则采用最小损耗控制法计算SiC/Si混合并联器开关的开通、关断延迟时间；如果T
ref_j1
≤T
jS
<T
ref_j2
，则采用热平衡法计算SiC/Si混合并联器开关的开通、关断延迟时间。
[0009]进一步的，所述步骤1具体为：当负载电流小于等于电流I1时，只开通SiCMOSFET；当负载电流大于等于电流I2时，控制Si IGBT先于SiC MOSFET开通，且迟于SiC MOSFET关断；当负载电流大于电流I1且小于电流I2时，控制SiCMOSFET先于SiIGBT开通，且迟于SiIGBT关断，所述电流I1为SiC/Si混合并联器正压压降与SiIGBT导通阈值电压相等时的临界电流值；电流I2为SiCMOSFET的漏极电流额定值。
[0010]进一步的，所述步骤2中根据如下公式计算SiC/Si混合并联器件的损耗P
loss
：
[0011]P
loss
＝P
loss_IGBT
(T
j_IGBT
)+P
loss_MOS
(T
j_MOS
)
[0012]其中P
loss_IGBT
(.)表示SiIGBT的损耗函数，P
loss_MOS
(.)表示SiCMOSFET的损耗函数；
[0013]两者的表达如下所示：
[0014]P
loss_IGBT
(T
j_IGBT
)＝[D
‑
f
sw
·
(T
on_delay
+T
off_delay
)]·
E
cond_IGBT
(T
j_IGBT
)+f
sw
·
(E
off_IGBT
(T
j_IGBT
)+E
on_IGBT
(T
j_IGBT
))
[0015]P
loss_MOS
(T
j_MOS
)＝[D
‑
f
sw
·
(T
on_delay
+T
off_delay
)]·
E
cond_MOS
(T
j_MOS
)+f
sw
·
(E
off_MOS
(T
j_MOS
)+E
on_MOS
(T
j_MOS
))
[0016]其中，E
cond_IGBT
(.)、E
on_IGBT
(.)、E
off_IGBT
(.)分别为计算SiIGBT的导通能量损耗、开通能量损耗和关断能量损耗的函数；E
cond_MOS
(.)、E
on_MOS
(.)、E
off_MOS
(.)分别为计算SiC MOSFET的导通能量损耗、开通能量损耗和关断能量损耗的函数；T
on_delay
、T
off_delay
为SiC/Si混合并联器件开关的开通、关断延迟时间；f
sw
为开关频率，D为占空比，在迭代计算时，T
j_IGBT
的初始值为SiIGBT的壳温，T
j_MOS
的初始值为SiCMOSFET的壳温；
[0017]步骤2中根据如下公式计算SiCMOSFET的结温T
j_MOS
以及SiCIGBT的结温T
j_IGBT
：
[0018]T
j_Q
＝T
c_Q
+R
th(j
‑
c)_Q
P
loss_Q
[0019]其中，Q为SiIGBT或者SiMOSFET，R
th(j
‑
c)_Q
为对应开关管的结
‑
壳热阻；T
c_Q
为对应开关管的壳温；
[0020]步骤2中迭代计算时，将当前计算得到的SiC MOSFET的结温和SiC IGBT的结温代入至损耗计算公式进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法，其特征在于，所述SiC/Si混合并联器件包括开关SiC MOSFET，以及并联于SiC MOSFET两端的开关Si IGBT，所述方法具体为：步骤1：根据流经SiC/Si混合并联器的负载电流选择SiC/Si混合并联器的开关模式；步骤2：采用迭代计算根据SiC/Si混合并联器件的损耗计算SiC MOSFET的结温T
j_MOS
以及SiC IGBT的结温T
j_IGBT
；步骤3：在T
j_MOS
和T
j_IGBT
之间选择最大值作为参考结温T
j
，如果T
j
小于预设的第一参考结温T
ref_j1
，或者如果T
j
大于等于预设的第二参考结温T
ref_j2
，则采用最小损耗控制法计算SiC/Si混合并联器中开关的开通、关断延迟时间；如果T
ref_j1
≤T
jS
<T
ref_j2
，则采用热平衡法计算SiC/Si混合并联器中开关的开通、关断延迟时间。2.根据权利要求1所述的SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：当负载电流小于等于电流I1时，只开通SiC MOSFET；当负载电流大于等于电流I2时，Si IGBT先于SiC MOSFET开通，且迟于SiC MOSFET关断；当负载电流大于电流I1且小于电流I2时，SiC MOSFET先于Si IGBT开通，且迟于Si IGBT关断，所述电流I1为SiC/Si混合并联器正压压降与Si IGBT导通阈值电压相等时的临界电流值；电流I2为SiC MOSFET的漏极电流额定值。3.根据权利要求1所述的SiC/Si混合并联器件的栅极优化控制方法，其特征在于，所述步骤2中根据如下公式计算SiC/Si混合并联器件的损耗P
loss
：P
loss
＝P
loss_IGBT
(T
j_IGBT
)+P
loss_MOS
(T
j_MOS
)其中P
loss_IGBT
(.)表示Si IGBT的损耗函数，P
loss_MOS
(.)表示SiC MOSFET的损耗函数；两者的表达如下所示：P
loss_IGBT
(T
j_IGBT
)＝[D
‑
f
sw
·
(T
on_delay
+T
off_delay
)]
·
E
cond_IGBT
(T
j_IGBT
)+f
sw
·
(E
off_IGBT
(T
j_IGBT
)+E
on_IGBT
(T
j_IGBT
))P
loss_MOS
(T
j_MOS
)＝[D
‑
f
sw
·
(T
on_delay
+T
off_delay
)]
·
E
cond_MOS
(T
j_MOS
)+f
sw
·
(E
off_MOS
(T
j_MOS
)+E
on_MOS
(T
j_MOS
))其中，E
cond_IGBT
(.)、E
on_IGBT
(.)、E
off_IGBT
(.)分别为计算Si IGBT的导通能量损耗、开通能量损耗和关断能量损耗的函数；E
cond_MOS
(.)、E
on_MOS
(.)、E
off_MOS
(.)分别为计算SiC MOSFET的导通能量损耗、开通能量损耗和关断能量损耗的函数；T
on_delay
、T
off_delay
为SiC/Si混合并联器件中开关的开通、关断延迟时间；f
sw
为开关频率，D为占空比，在迭代计算时，T
j_IGBT
的初始值为Si IGBT的壳温，T
j_MOS
的初始值为SiCMOSFET的壳温；步骤2中根据如下公式计算SiC ...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦海鸿，谢斯璇，纪国盛，王帅，陈文明，谢利标，胡黎明，
申请(专利权)人：南京开关厂有限公司，
类型：发明
国别省市：