一種可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種功率集成模塊，具體涉及一種可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]Si IGBT器件由于其優(yōu)良的導(dǎo)通特性，被廣泛用于功率變換電路中，例如電力拖動，空調(diào)等等。然而，IGBT器件開關(guān)速度不高，且反向并聯(lián)的二極管存在反向恢復(fù)問題，致使開關(guān)損耗很大，這限制了功率變換電路的效率的提升，另一方面，也限制了開關(guān)頻率的提高。低的開關(guān)頻率使得功率變換器中無源器件(例如電容和電感)的體積很大，這將增加功率變換器的體積、重量和成本。SiC MOSFET器件相比于IGBT器件，同等耐壓等級下，由于SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻小，且關(guān)斷過程沒有拖尾電流的問題，所以在同等的工作條件下開關(guān)損耗會小很多。SiC開啟電壓小，所以從小電流到大電流的寬電流范圍內(nèi)都能夠?qū)崿F(xiàn)低導(dǎo)通損耗。此外由于SiC MOSFET器件沒有拖尾電流的問題，所以它的關(guān)斷損耗很小。研宄表明，用SiC器件替換IGBT器件可以大幅度提高開關(guān)頻率，同時保持了良好的效率指標(biāo)。
[0003]然而，SiC器件在應(yīng)用中給使用者帶來了個更大的挑戰(zhàn)。SiC器件的柵極驅(qū)動電荷(Qg)很小，結(jié)電容也非常小，因此開關(guān)速度比IGBT器件快得多。好的一面是可以提高開關(guān)頻率，但壞的一面就是開關(guān)過程中開關(guān)支路的電流變化非常迅速、di/dt很高。由于功率回路中不可避免的存在寄生電感，當(dāng)電流迅速變化時，在開關(guān)器件兩端會產(chǎn)生很高的尖峰過電壓。輕則造成電路誤動作、電磁干擾超標(biāo)，重則導(dǎo)致器件擊穿損壞。SiC器件很高的開關(guān)速度導(dǎo)致其開關(guān)過程中的寄生振蕩和過電壓現(xiàn)象遠比IGBT器件明顯。另一方面，SiC器件的驅(qū)動驅(qū)動回路的寄生震蕩也很重要。以美國科銳公司的器件為例，其閾值電壓只有2.2V，在器件關(guān)斷時，驅(qū)動回路的振蕩很容易造成器件的誤導(dǎo)通。相比之下，IGBT器件的閾值電壓約為5.5V。針對這一問題，SiC器件柵極回路的寄生電感、以及驅(qū)動電路的輸出阻抗必須嚴(yán)格控制。這些因素增加了 SiC器件應(yīng)用中的難度，阻礙了 SiC器件的廣泛應(yīng)用。
[0004]傳統(tǒng)的IGBT模塊通常只包括一對或多對IGBT器件，從而形成一個或多個橋臂，方便使用，并且具有較好的散熱性能，降低了應(yīng)用的難度。在實際應(yīng)用中，由于母線吸收電容和驅(qū)動電路安裝在在模塊外部，致使驅(qū)動回路寄生電感和功率回路寄生電感電路較大，這對SiC器件而言是不可接受的，所以此種集成并不適用方案于SiC器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種可替換IGBT模塊的SiCMOSFET智能功率集成模塊，該模塊可以有效的降低驅(qū)動回路及功率回路的寄生電感，減少功率回路和驅(qū)動回路的振蕩。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明所述的可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊包括底板、交流功率端子、輸入端子、第一控制端子及第二控制端子，底板上集成有SiCMOSFET功率單元、母線電容、第一驅(qū)動電路及第二驅(qū)動電路；
[0007]第一驅(qū)動電路包括第一輔助電源、第一驅(qū)動芯片及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路，第二驅(qū)動電路包括第二輔助電源、第二驅(qū)動芯片及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路，第一控制端子與第一輔助電源的控制端及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連接，第二控制端子與第二輔助電源的控制端及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連接，第一驅(qū)動芯片的電源接口與第一輔助電源相連接，第一驅(qū)動芯片的輸入端與第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連接，第二驅(qū)動芯片的電源接口與第二輔助電源相連接，第二驅(qū)動芯片的輸入端與第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連接，第一驅(qū)動芯片的輸出端及第二驅(qū)動芯片的輸出端分別與SiC MOSFET功率單元中上橋臂的控制端及下橋臂的控制端相連接；
[0008]所述SiC MOSFET功率單元的輸入端與輸入端子相連接，SiC MOSFET功率單元的輸出端與交流功率端子相連接，母線電容并聯(lián)于SiC MOSFET功率單元中橋臂的兩端。
[0009]所述SiC MOSFET功率單元為半橋功率模塊、全橋功率模塊或三相全橋功率模塊。
[0010]所述底板還集成有用于檢測半導(dǎo)體器件工作溫度的溫度檢測單元，溫度檢測單元連接有溫度檢測端子。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]本發(fā)明所述的可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊通過將SiCMOSFET功率單元、母線電容、第一驅(qū)動電路及第二驅(qū)動電路集成于同一底板上，縮小功率回路和驅(qū)動回路的面積，從而降低驅(qū)動回路及功率回路的寄生電感，減小功率回路和驅(qū)動回路的振動，從而確保SiC器件的安全，進而降低SiC器件的應(yīng)用難度。同時本發(fā)明與外接電路的接線端子與現(xiàn)有的IGBT完全兼容，可以直接替換IGBT模塊，有利于SiC器件的推廣使用，同時簡化應(yīng)用用戶的設(shè)計工作，節(jié)省設(shè)備升級改造的成本。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]其中，I為SiC MOSFET功率單元、2為第一輔助電源、3為第一驅(qū)動芯片、4為第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路、5為第二輔助電源、6為第二驅(qū)動芯片、7為第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路、8為溫度檢測單元、9為母線電容。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0016]參考圖1，本發(fā)明所述的可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊包括底板、交流功率端子、輸入端子、第一控制端子及第二控制端子，底板上集成有SiC MOSFET功率單元1、母線電容9、第一驅(qū)動電路及第二驅(qū)動電路；第一驅(qū)動電路包括第一輔助電源2、第一驅(qū)動芯片3及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路4，第二驅(qū)動電路包括第二輔助電源5、第二驅(qū)動芯片6及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路7，第一控制端子與第一輔助電源2的控制端及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路4的輸入端相連接，第二控制端子與第二輔助電源5的控制端及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路7的輸入端相連接，第一驅(qū)動芯片3的電源接口與第一輔助電源2相連接，第一驅(qū)動芯片3的輸入端與第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路4的輸出端相連接，第二驅(qū)動芯片6的電源接口與第二輔助電源5相連接，第二驅(qū)動芯片6的輸入端與第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路7的輸出端相連接，第一驅(qū)動芯片3的輸出端及第二驅(qū)動芯片6的輸出端分別與SiC MOSFET功率單元I中上橋臂的控制端及下橋臂的控制端相連接；所述SiC MOSFET功率單元I的輸入端與輸入端子相連接，SiC MOSFET功率單元I的輸出端與交流功率端子相連接，母線電容9并聯(lián)于SiC MOSFET功率單元I中橋臂的兩端。
[0017]需要說明的是，所述SiC MOSFET功率單元I為半橋功率模塊、全橋功率模塊或三相全橋功率模塊；底板還集成有用于檢測半導(dǎo)體器件工作溫度的溫度檢測單元8，溫度檢測單元8連接有溫度檢測端子。
[0018]本發(fā)明的具體工作過程為:
[0019]第一控制信號經(jīng)第一控制端子進入到第一輔助電源2及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路4中，使第一輔助電源2為第一驅(qū)動芯片3提供電能，第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路4對所述第一控制信號進行電平轉(zhuǎn)換，并將電平轉(zhuǎn)換后的第一控制信號輸入到第一驅(qū)動芯片3中，第一驅(qū)動芯片3驅(qū)動SiCMOSFET功率單元I內(nèi)上橋臂的開關(guān)管工作。第二控制信號經(jīng)第一控制端子進入到第二輔助電源5及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路7中，使第二輔助電源5為第二驅(qū)動芯片6提供電能，第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路7對所述第二控制信號進行電平轉(zhuǎn)換，并將電平轉(zhuǎn)換后的第二控制信號輸入到第二驅(qū)動芯片6中，第二驅(qū)動芯片6驅(qū)動SiC MOSFET功率單元I內(nèi)下橋臂的開關(guān)管工作。本發(fā)明所述的可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊將母線電容9與SiC MOSFET功率單元1、第一驅(qū)動電路及第二驅(qū)動電路集成于同一模塊內(nèi)，減少母線電容9與各半導(dǎo)體器件之間的距離，縮小功率回路的回路面積，從而降低驅(qū)動回路及功率回路的寄生電感，減小功率回路和驅(qū)動回路的振動。
【主權(quán)項】
1.一種可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊，其特征在于，包括底板、交流功率端子、輸入端子、第一控制端子及第二控制端子，底板上集成有SiC MOSFET功率單元(I)、母線電容(9)、第一驅(qū)動電路及第二驅(qū)動電路； 第一驅(qū)動電路包括第一輔助電源(2)、第一驅(qū)動芯片(3)及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路(4)，第二驅(qū)動電路包括第二輔助電源(5)、第二驅(qū)動芯片(6)及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路(7)，第一控制端子與第一輔助電源(2)的控制端及第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入端相連接，第二控制端子與第二輔助電源(5)的控制端及第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路(7)的輸入端相連接，第一驅(qū)動芯片⑶的電源接口與第一輔助電源⑵相連接，第一驅(qū)動芯片⑶的輸入端與第一驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路⑷的輸出端相連接，第二驅(qū)動芯片(6)的電源接口與第二輔助電源(5)相連接，第二驅(qū)動芯片(6)的輸入端與第二驅(qū)動電平轉(zhuǎn)換電路(7)的輸出端相連接，第一驅(qū)動芯片(3)的輸出端及第二驅(qū)動芯片(6)的輸出端分別與SiC MOSFET功率單元(I)中上橋臂的控制端及下橋臂的控制端相連接； 所述SiC MOSFET功率單元(I)的輸入端與輸入端子相連接，SiC MOSFET功率單元(I)的輸出端與交流功率端子相連接，母線電容(9)并聯(lián)于SiC MOSFET功率單元(I)中橋臂的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可替換IGBT模塊的SiCMOSFET智能功率集成模塊，其特征在于，所述SiC MOSFET功率單元(I)為半橋功率模塊、全橋功率模塊或三相全橋功率模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可替換IGBT模塊的SiCMOSFET智能功率集成模塊，其特征在于，所述底板還集成有用于檢測半導(dǎo)體器件工作溫度的溫度檢測單元(8)，溫度檢測單元(8)連接有溫度檢測端子。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可替換IGBT模塊的SiC MOSFET智能功率集成模塊，包括底板、交流功率端子、輸入端子、第一控制端子及第二控制端子，底板上集成有SiC MOSFET功率單元、母線電容、第一驅(qū)動電路及第二驅(qū)動電路。本發(fā)明可以有效的降低驅(qū)動回路及功率回路的寄生電感，減少功率回路和驅(qū)動回路的振蕩，提高半導(dǎo)體開關(guān)的工作可靠性和工作效率。
【IPC分類】H02M7-00
【公開號】CN104779815
【申請?zhí)枴緾N201510155623
【發(fā)明人】任宇, 楊旭, 田莫帆, 王康平, 柳龍, 曾翔君
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日