[发明专利]一种碳化硅场效应晶体管温度波动抑制电路及方法

说明书

本发明提出了一种碳化硅场效应晶体管温度波动抑制电路及方法，所述电路包括直流电源，所述直流电源连接逆变电路，所述逆变电路通过整流桥连接负载，所述逆变电路是由四个碳化硅碳化硅场效应晶体管组成的H桥逆变电路，每个碳化硅碳化硅场效应晶体管表面贴合热电偶，所述热电偶通过温度转换器连接ADC采集模块，所述ADC采集模块连接DSP控制器，所述DSP控制器通过脉冲宽度调制和输入/输出电路连接门级驱动电路，所述门级驱动电路连接所述的H桥逆变电路，本发明在不改变变流器输出质量基础上，对碳化硅场效应晶体管的门级驱动电路重新设计，实现逆变器中碳化硅场效应晶体管的温度波动抑制。

技术领域

本发明涉及电力电子器件领域，具体提供一种碳化硅场效应晶体管温度波动抑制电路及方法。

背景技术

电力电子器件作为电能转换、传输和控制的重要元件，参与构建了现代电力网络世界并决定着未来电力网络的发展趋势和功能，新能源领域的发展推进都离不开电力电子器件的支撑。同时各个能源网络之间的联系日益紧密，一旦其中某个组成环节意外损坏将造成严重的影响，也会为相连的其他系统埋下破坏其稳定性和安全性的隐患。如何提高功率器件的可靠性和安全性，进而提升电力电子系统可靠性和安全性就具有实际价值和意义，功率器件的可靠性和安全性也理所应当地成为了人们所重视的基础问题。随着变流器工作频率的不断升高，加上第三代功率半导体器件如碳化硅场效应晶体管(SiC MOSFET)的迅速发展，电力电子变流器的体积变得越来越小。伴随而来的是温度问题，限制SiC MOSFET可靠性的因素有很多，其中温度是主要因素，约占了55％

通常电力电子变流器都是在非平稳工况条件下工作，非平稳工况导致了变流器中SiC MOSFET承受随机的功率波动，在功率变化过程中，碳化硅较高的导热系数和杨氏模量可能会导致模接焊料层产生较高的应力。进一步，功率波动会导致SiC MOSFET产生温度波动，在温度波动的过程中塑性应变和蠕变会引起焊接疲劳，最终导致SiC MOSFET烧坏，严重影响使用寿命。因此，需要采用主动干预的方式缩小这类温度波动，属于一种主动热管理技术。相关研究中通过调节开关频率进行温度调控，此方法会影响变流器的输出波形，并不能适用于对变流器输出有要求的应用场景。

发明内容

本发明的目的在于提出一种碳化硅场效应晶体管温度波动抑制电路及方法，在不改变变流器输出质量基础上，对碳化硅场效应晶体管的门级驱动电路重新设计，实现逆变器中碳化硅场效应晶体管的温度波动抑制。

为了实现上述目的，本发明所述的一种碳化硅场效应晶体管温度波动抑制电路，包括直流电源，所述直流电源连接逆变电路，所述逆变电路通过整流桥连接负载，所述逆变电路是由四个碳化硅碳化硅场效应晶体管组成的H桥逆变电路，每个碳化硅碳化硅场效应晶体管表面贴合热电偶，所述热电偶通过温度转换器连接ADC采集模块，所述ADC采集模块连接DSP控制器，所述DSP控制器通过脉冲宽度调制和输入/输出电路连接门级驱动电路，所述门级驱动电路连接所述的H桥逆变电路，所述门级驱动电路辅助开关Sw1和门极电阻R_g1串联构成的支路一，辅助开关Sw2和门级电阻R_g2串联构成的支路二,单独的门极电阻R_g3构成支路三，将支路一、支路二和支路三并联后一侧连接门级驱动信号，另一侧与碳化硅碳化硅场效应晶体相连。

进一步地，所述热电偶采用PT100型热电偶。

进一步地，所述门级驱动电路中的门级电阻R_g1,R_g2和R_g3的阻值均为15Ω。

用上述的碳化硅场效应晶体管温度波动抑制电路进行碳化硅场效应晶体管温度波动抑制的方法，该方法为：

S1.采用PT100型热电偶贴合于SiC MOSFET表面，实时采集SiC MOSFET的温度T_sensor；