隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對電力電子系統(tǒng)效率的期望不斷提升,功率模塊作為電力電子系統(tǒng)的核心部件,對系統(tǒng)效率的提升起著至關(guān)重要的作用。此處設(shè)計(jì)了一款低電感、低損耗大功率三電平碳化硅（SiC）混合功率模塊,通過仿真分析,與同規(guī)格傳統(tǒng)的功率模塊相比,三電平SiC混合功率模塊寄生電感降低超過30%,并聯(lián)支路之間電感差異顯著減少。通過雙脈沖測試平臺進(jìn)行測試,結(jié)果表明:三電平SiC混合功率模塊寄生電感僅有18.8 nH,相比傳統(tǒng)三電平模塊27.4 nH降低了約31.4%,動(dòng)態(tài)損耗為63 mJ,相比傳統(tǒng)三電平模塊78mJ降低了約19.2%。 

【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(07)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

圖２三電平模塊等效電感模型圖??Ｆｉｇ．?２?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ?ｍｏｄｕｌｅ??

散熱性能及可靠性。??針對傳統(tǒng)１?２００?Ｖ／９００?Ａ三電平模塊寄生電??感大、損耗髙等問題，此處設(shè)計(jì)了一款三電平ＳｉＣ??混合功率模塊，采用ＳｉＣ?ＳＢＤ替代原有的Ｓｉ?ＦＲＤ，??降低二極管反向恢復(fù)損耗，并通過對模塊功率端??子結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及對電路布局的整體優(yōu)化，??使得功率模塊內(nèi)部寄生電感大幅降低，并聯(lián)支路??之間電感差異顯著減小，動(dòng)態(tài)損耗大大降低。??２低電感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??此處對標(biāo)國外某公司（簡稱Ａ公司）Ｐｒｉｍｅｐａｃｋ??模塊，其電路為Ｔ字型三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖１所??示，包含開關(guān)器件Ｖ，和二極管ＶＤ，組成的上橋??臂、開關(guān)器件乂４和二極管ＶＤ４組成的下橋臂、開??關(guān)器件％和二極管乂仏組成的上中間橋臂以及??開關(guān)器件Ｖ３和二極管ＶＤ，組成的下中間橋臂。Ｖ，??關(guān)斷，％開通續(xù)流組成電流回路１；Ｖ４關(guān)斷，乂３幵??通續(xù)流，組成電流回路２；在脈沖寬度調(diào)制過程中??利用正電位到零電位，零電位到負(fù)電位的工作模??式，高效的調(diào)制出精確的正弦波形。??圖１三電平模塊工作電流回路示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｌｏｏｐ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ?ｍｏｄｕｌｅ??根據(jù)公式：，模塊的內(nèi)部寄生電??感會(huì)在開關(guān)芯片關(guān)斷過程中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，使得??芯片關(guān)斷損耗上升，同時(shí)由于功率芯片的耐壓有??一定的限制，電壓過沖過高還會(huì)給芯片的安全性??帶來隱患，嚴(yán)重時(shí)引起芯片失效，尤其在髙頻應(yīng)用??場合，電流變化率高，寄生電感影響尤為顯著，所??以設(shè)法降低模塊內(nèi)部寄生電感，對提高模塊整體??性能有著重要的影響，因此降低寄生電感是該設(shè)??計(jì)方案的目標(biāo)之一。??模塊內(nèi)部的

ＤＣ７３Ｄ１２０Ｔ６Ｈ??ＩＮＦＩＮＥＯＮ??ＷＴＳＤ３Ａ４０１２０??自主研發(fā)??ｖｄ５??ＳＩＤＣ２０Ｄ６５Ｃ８??ＩＮＦＩＮＥＯＮ??ＳＩＤＣ２０Ｄ６５Ｃ８??ＩＮＦＩＮＥＯＮ??ｖｄ６??ＳＩＤＣ２０Ｄ６５Ｃ８??ＩＮＦＩＮＥＯＮ??ＳＩＤＣ２０Ｄ６５Ｃ８??ＩＮＦＩＮＥＯＮ??為驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想，對Ａ公司的Ｔ字型三電平??模塊與所提三電平ＳｉＣ混合功率模塊進(jìn)行寄生參??１３８??數(shù)仿真對比分析，借助有限元軟件Ａｎｓｏｆｔ?Ｑ３Ｄ對??兩種模型進(jìn)行了仿真。??仿真回路示意圖見圖５，Ａ公司三電平模塊的??回路１電感為２４．８１?ｎＨ，回路２電感為２０．７５?ｎＨ，??所提模塊的回路１電感為１６．０４?ｎＨ，回路２電感??為１３．９７?ｎＨ，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，相對于傳統(tǒng)模塊，該??設(shè)計(jì)方案工作回路１可以降低寄生電感３５．４％，??工作回路２可以降低寄生電感３２．７％。??圖５三電平模塊仿真回路示意圖??Ｆｉｇ．?５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｃｉｒｃｕｉｔ??對于大功率模塊，為實(shí)現(xiàn)較大的電流，往往需??要通過多個(gè)芯片進(jìn)行并聯(lián)，雜散參數(shù)的不同往往??會(huì)引起并聯(lián)芯片通過的電流不一致，通過電流較??大的芯片，結(jié)溫較高，容易導(dǎo)致過早疲勞失效，而??且功率模塊的規(guī)格主要受芯片最高結(jié)溫的限制，??因此多并聯(lián)芯片均流是一個(gè)值得關(guān)注的問題??該產(chǎn)品使用的ＩＧＢＴ芯片電流等級為１５０?Ａ，為了??實(shí)現(xiàn)９００?Ａ的電流等級，需要通過并聯(lián)６個(gè)芯片，??３片ＤＢＣ來實(shí)現(xiàn)，每片ＤＢＣ上并聯(lián)２個(gè)芯片，電??感幾乎一致，但各ＤＢＣ支路之間的電感存在較大??差異，對模塊動(dòng)態(tài)均流有著

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3447156