[发明专利]一种基于模块式碳化硅器件的功率单元

说明书

本发明提供了一种基于模块式碳化硅器件的功率单元，包括：多个碳化硅功率器件、多个支撑电容、隔直电容和高频变压器；所述多个碳化硅功率器件相互并联；所述多个支撑电容相互并联，形成一条支路，与多个并联的碳化硅功率器件并联；所述隔直电容一端与一个碳化硅功率器件的源极连接，另一端与高频变压器一级连接，用于将两个电路之间进行隔离；所述高频变压器的次级输出端为高频侧接口，用于变换交流电压、电流和阻抗；本发明采用碳化硅功率器件作为核心元件，具有小型化、轻量化，损耗更低和具有更高的电流密度的特点，更适合于在电网中的应用；同时本发明使用叠层母排结构，降低回路电感，减小器件开关过程中的过电压水平。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于模块式碳化硅器件的功率单元。

背景技术

目前随着电网中电力电子变换设备应用的不断增加，其能量效率对于电力电子变换器来说非常重要，对电网的能量转换效率起着决定作用。变换器中最关键的零部件就是电力电子器件，目前大范围使用的均为使用硅(Si)材料的IGBT，使用碳化硅(SiC)的极少。与Si器件相比，SiC功率器件的能量损耗只有Si器件的50％，发热量只有Si器件的50％，且有更高的电流密度，SiC功率器件可以有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化，在相同功率等级下，SiC功率模块的体积显著小于Si功率模块。除此之外，SiC功率器件更适合高频下使用，最高频率可达几百kHz，比Si器件最大几十kHz的频率高得多。

目前仅有部分厂家使用TO247封装的SiC功率器件设计功率单元，但是此类器件功率很小，做出来的功率单元不适合电网中大容量变换器的使用。因此，使用模块式封装的SiC功率器件国内外还基本没有应用案例。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种基于模块式碳化硅器件的功率单元，包括：

多个碳化硅功率器件、多个支撑电容、隔直电容和高频变压器；

所述多个件碳化硅功率器件相互并联；

所述多个支撑电容相互并联，形成一条支路，与多个并联的碳化硅功率器件并联；

所述隔直电容一端与一个碳化硅功率器件的源极连接，另一端与高频变压器一级连接，用于将两个电路之间进行隔离；

所述高频变压器的次级输出端为高频侧接口，用于变换交流电压、电流和阻抗。

优选的，所述支路与多个并联的碳化硅功率器件通过叠层母排并联。

优选的，还包括：

驱动模块；

所述驱动模块与所述碳化硅功率器件相连。

优选的，所述驱动模块包括：

多个驱动电路、控制电路和开关电源；

一个驱动电路与对应的一个碳化硅功率器件串联后形成一条支路，多条所述支路相互并联后共同连接于控制电路；

所述驱动电路用于放大控制电路的控制信号，所述控制电路用于产生控制信号；

所述开关电源的一端与相互并联的多个支撑电容相连，另一端与所述控制电路相连，用于为控制电路和驱动电路供电；

其中，所述驱动电路的数量与碳化硅功率器件数量相等。

优选的，还包括：

金属机壳；

所述金属机壳内设置有夹层，使金属机壳分为隔室一和隔室二两部分；

所述金属机壳上设置有接口；

所述多个碳化硅功率器件、多个支撑电容和驱动模块安装在隔室一内，所述隔直电容和高频变压器安装在隔室二内。