[实用新型]碳化硅MOSFET半桥电路及并联的电路模块和功率板

说明书

本实用新型涉及一种碳化硅MOSFET半桥电路及并联的电路模块和功率板。该半桥电路包括并联的高频续流旁路电容和半桥主电路；半桥主电路采用碳化硅MOSFET器件为桥臂，省去快恢复二极管，降低了元器件、原材料和人工成本。该半桥电路模块包括n个并联的半桥电路。在半桥电路功率板中，半桥电路中所有器件的引脚穿过PCB印刷电路板上的焊盘后通过锡焊工艺实现电路上的连接，碳化硅MOSFET、阻容吸收电阻的散热面通过螺杆固定在水冷散热器的表面上，由于实现了在PCB印刷电路板上的组装、焊接工艺形式，使直流母线和输出母线均可采用汇流排与每个半桥电路进行直接连接的方式，提高了系统的可靠性。

技术领域

本实用新型涉及DC-AC转换技术领域，特别是涉及一种碳化硅MOSFET半桥电路及并联的电路模块和功率板。

背景技术

图1是全桥电路的拓扑结构，被广泛应用于DC-AC转换的场合，比如UPS电源、电镀电源、电焊机、充电桩、感应加热等由直流转换为交流的电力电子装置和设备中。

图1桥臂的开关元件TA、开关元件TB、开关元件TC、开关元件TD由单一的开关器件或由不同的开关器件的组合而构成，单一的开关器件可以是SCR可控硅或IGBT或MOSFET等。根据负载L的形式不同(比如当应用于感应加热的并联谐振或串联谐)开关元件TA、开关元件TB、开关元件TC、开关元件TD可以由快恢复二极管与开关器件的串联或并联的组合而构成。在图1中，开关元件TA和开关元件TB或开关元件TC和开关元件TD构成的拓扑结构称为半桥拓扑结构，即一个全桥是由两个半桥组成的拓扑结构。

在现有技术中由硅MOSFET构成的半桥电路拓扑结构如图2所示，以桥臂TA为例，由于硅MOSFET内部的并联二极管的开关恢复时间过长，不能满足实际工作中对续流恢复时间的要求，因此在硅MOSFET的漏极D与直流母线UDC+之间必须串联一只快恢复二极管DA1，其目的是阻断流经硅MOSFET内部二极管的续流电流；快恢复二极管DA2的阴极接在快恢复二极管DA1的阳极上，快恢复二极管DA2的阳极接在硅MOSFET的源极S上，让快恢复二极管DA2起续流作用。桥臂TB的结构与桥臂TA相同，不再重复叙述。通常为了增大功率容量、提高桥臂通电流的能力，其措施是在图2半桥拓扑结构的基础上采取多个桥臂或多个半桥进行并联的方法。

在图2现有技术中用到的硅MOSFET和快恢复二极管的外形或封装形式如图3所示。其中，快恢复二极管如图3(b)所示，一个封装里面包含有两只快恢复二极管，在实际应用中其中一只作为图2桥臂TA中的DA1、另一只则为DA2。同样，在图2桥臂TB中其中一只作为DB1、另一只则为DB2。由于图2现有技术的电路拓扑结构和元器件的封装形式决定了由其构成的半桥的组装和结构形式，为了增大功率容量、提高桥臂通电流的能力，在图2半桥拓扑结构的基础上采取了多个桥臂进行并联的方法，在现有技术中其突出的缺点是：

(1)由于每个桥臂上不仅有硅MOSFET，还必须外接快恢复二极管，不仅成本高，组装和连接也不方便。

(2)由于半桥的结构形式和半桥与直流母线之间的连接方式，使得在直流母线上存在有寄生电感，该寄生电感L会在半桥的UDC+和UDC-两端形成高电压，因此降低了系统的可靠性。

(3)由于驱动保护电路的驱动信号与硅MOSFET的栅极G和源极S之间通过较长的导线进行连接，连接导线上的寄生电感L会形成电压，降低了对硅MOSFET控制的安全性和可靠性。

(4)阻容吸收元件RA、阻容吸收元件CA和阻容吸收元件RB、阻容吸收元件CB与桥臂之间同样要用较长的导线进行连接，由于连接导线上寄生电感L的存在，降低了吸收电压尖峰的效果。

(5)高频交流旁路电容CH同样要用较长的导线进行连接，由于连接导线上寄生电感L的存在，降低了高频交流旁路的效果。

(6)半桥的体积大、结构笨重、功率密度低、用到的辅助材料多、元器件和原材料的成本高；生产、组装费工费时，不仅生产、维修保养都不方便而且人工生产成本还高。