[发明专利]基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法

说明书

一种基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法，属于电力电子技术领域。本发明针对现有SiC器件并联方案中，由于不相等的开关损耗和瞬态电流的限制，无法在多个SiC器件并联时发挥SiC器件的最佳性能的问题。包括在PCB电路板上，依次并行设置至少三个布线分隔槽，在每个布线分隔槽内设置由两个SiC器件组成的功率半桥，从而增加相邻功率半桥之间的寄生电感。本发明可改善多个SiC器件并联应用中存在的开关瞬态电流均流性能，可将SiC器件稳定可靠的应用于大功率和大电流电力电子变换器。

技术领域

本发明涉及基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)功率开关器件可突破现有硅器件的三个性能极限：更高的阻断电压，更高的工作温度和更高的开关速度。在电力电子变换器中使用SiC器件，可显著提高系统效率，并减小冷却散热系统和无源滤波器件的体积重量，从而显著提高系统功率密度。

考虑到SiC器件的制造成品率，通常单个SiC器件的电流容量较低。为了将SiC器件应用于大功率和大电流电力电子变换器中，通常需要并联多个SiC器件。但并联SiC器件间存在的不相等的开关损耗和瞬态电流过冲会限制并联单元的最高开关频率和最大电流容量，从而无法发挥SiC器件的最佳性能。

因此，现有的SiC器件并联方案存在两个问题：1，并联器件数量通常少于3个，这限制了并联单元的最大电流容量；2通常需要增加额外辅助均流器件，如功率耦合电感、高带宽电流传感器等，这会增加系统成本，同时会提高系统复杂度，进而降低了系统整体运行的可靠性。

发明内容

针对现有SiC器件并联方案中，由于不相等的开关损耗和瞬态电流的限制，无法在多个SiC器件并联时发挥SiC器件的最佳性能的问题，本发明提供一种基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法。

本发明的一种基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法，包括在PCB电路板上，依次并行设置至少三个布线分隔槽，在每个布线分隔槽内设置由两个SiC器件组成的功率半桥，从而增加相邻功率半桥之间的寄生电感。

根据本发明的基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法，所述两个SiC器件之间并联两个直流电容。

根据本发明的基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法，所述布线分隔槽为四个，四个布线分隔槽内的八个SiC器件及八个直流电容组成一个半桥单元。

根据本发明的基于布线优化的碳化硅功率开关器件并联设计方法，还包括驱动电路的设计，所述驱动电路利用层叠母排布线方式，来降低驱动电路寄生环路电感差异，从而使相同的驱动信号施加于各并联SiC器件。

本发明的有益效果：采用本发明方法改善多个SiC器件并联应用中存在的开关瞬态电流均流性能，可将SiC器件稳定可靠的应用于大功率和大电流电力电子变换器。

本发明适用于个数多的SiC功率开关器件并联的设计中，其不增加额外辅助均流器件，通过在功率电路优化布局设计中增加分隔槽改善多个SiC器件并联应用中存在的瞬态均流问题，从而降低了系统的成本和复杂度。

附图说明

图1是采用本发明方法设计的碳化硅功率开关器件并联的示意图；图中虚线框表示布线分隔槽；

图2是图1中相邻布线分隔槽之间产生寄生电感的示意图；

图3是现有并联的碳化硅器件之间形成寄生电感的示意图；

图4是采用本发明方法设计的并联的碳化硅器件之间形成寄生电感的示意图；图中PCB分隔槽即为布线分隔槽；

图5是现有的碳化硅并联半桥中上开关管的开通瞬态电流实验测试波形图；