【CN110034685A】基于SiIGBT和SiCMOSFET混合开关的串联谐振型双有源桥变换器【
Si IGBTSiC MOSFET混合器件及其应用研究
第18卷第4期2020年7月Vol.18No.4Jul.2020电源学报Journal of Power SupplyDOI：10.13234/j.issn.2095-2805.2020.4.58中图分类号:TM64文献标志码:ASi IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究李宗鉴，王俊，江希，何志志，彭子舜，余佳俊(湖南大学电气与信息工程学院，长沙410000)摘要：综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。
Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势，已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性，表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义，是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。
关键词:SiC MOSFET；Si IGBT；混合器件；损耗模型；功率模块Si IGBT/SiC MOSFET Hybrid Switch and Its ApplicationsLI Zongjian,WANG Jun,JIANG Xi,HE Zhizhi,PENG Zishun,YU Jiajun(College of Electrical and Information Engineering,Hunan University,Changsha410000,China)Abstract:In this paper,the latest research achievement and progress of Si IGBT/SiC MOSFET hybrid switch are reviewed from the aspects of gate optimization control strategy,integrated drive design,thermoelectric coupling loss model,chip size ratio optimization,and hybrid power module development.This hybrid switch combines the characteristics of SiC MOSFET such as high switching frequency and low switching loss with the advantages of Si IGBT such as large current carrying capacity and low cost.The latest research and experimental results verified the excellent characteristics of this type of switching,which is of significance for the high-performance power electronic devices to achieve a higher current capacity,a higher switching frequency and lower cost.Therefore,it is a type of power switching with great potential in high-performance converter applications.Keywords:SiC MOSFET;Si IGBT;hybrid switch;loss model;power module现代功率半导体技术飞速发展至今，硅基功率半导体器件性能已逼近其材料极限。
基于碳化硅MOSFET的串联谐振逆变器[发明专利]
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专利名称：基于碳化硅MOSFET的串联谐振逆变器专利类型：发明专利
发明人：柴艳鹏,高胜利,李亚斌,王玉杰,武敏智
申请号：CN201510694812.5
申请日：20151022
公开号：CN105141162A
公开日：
20151209
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种基于碳化硅MOSFET的串联谐振逆变器，包括：四组主开关器件构成单相H桥式结构，每组主开关器件包括N个并联的碳化硅MOSFET，每个碳化硅MOSFET的源极和漏极之间反并联一个寄生二极管，第一组主开关器件和第二组主开关器件设置在正极直流母排上，以形成单相H桥式结构的第一臂和第二臂；第三组主开关器件和第四组主开关器件设置在负极直流母排上，以形成单相H桥式结构的第三臂和第四臂。
根据本发明实施例的基于碳化硅MOSFET的串联谐振逆变器，显著提高器件的功率密度，同时简化电路结构，提升器件的电气性能和可靠性。
申请人：保定四方三伊电气有限公司
地址：071051 河北省保定市高新区北三环5999号
国籍：CN
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一种基于SiC MOSFET的三电平变换器[发明专利]
![一种基于SiC MOSFET的三电平变换器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/edadb23480eb6294dc886ca2.png)
专利名称：一种基于SiC MOSFET的三电平变换器
专利类型：发明专利
发明人：吴鸣,宋振浩,郑楠,吕志鹏,孙丽敬,季宇,熊雄,寇凌峰申请号：CN201910729813.7
申请日：20190808
公开号：CN110492772A
公开日：
20191122
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开的一种基于SiC MOSFET的三电平变换器，所述三电平变换器的每一相均包括并联的上桥臂与下桥臂，且所述上桥臂与下桥臂通过电感器连接；每个桥臂由两个SiC MOSFET构成。
本发明提供的技术方案能够降低三电平变换器的损耗、提高效率。
申请人：中国电力科学研究院有限公司,国家电网有限公司
地址：100192 北京市海淀区清河小营东路15号
国籍：CN
代理机构：北京安博达知识产权代理有限公司
代理人：徐国文
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SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性对比及其在DAB变换器中的应用
SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的特性对比及其在DAB变换器中的应用梁美;郑琼林;可翀;李艳;游小杰【摘要】碳化硅(SiC)半导体器件由于其宽禁带材料的优良特性受到了广泛关注.SiC半导体器件作为一种新型器件,对其与Si半导体器件的特性对比及评估越来越有必要.本文主要对比了SiC MOSFET、Si CoolMOS和IGBT的静态特性.并搭建了基于Buck变换器的测试平台,测试条件为输入电压为400V,电流为4～ 10A,对比了三种器件的开关波形、开关时间、开关损耗、dv/dt、di/dt以及内部二极管的反向恢复特性.设计了一台2kW的双主动全桥(DAB)变换器的实验样机,对比了应用三种器件的DAB变换器的理论效率和实测效率.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)012【总页数】10页(P41-50)【关键词】SiC MOSFET;CoolMOS;IGBT;特性;DAB变换器【作者】梁美;郑琼林;可翀;李艳;游小杰【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;华北水利水电大学电力学院郑州 450046;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TN409近些年，碳化硅（Silicon Carbide，SiC）半导体器件因其材料具有击穿电场高、载流子饱和漂移速度快、热稳定性好及热导率高等优势[1-3]，可提高电力电子变换器的性能，引起了国内外学者的广泛关注。
目前，商用的SiC半导体器件有SiC肖特基二极管、SiC JFET及SiC MOSFET。
由于SiC肖特基二极管的反向恢复特性好于Si二极管，将其应用于PFC电路或逆变器中，效率得到明显提高[4-6]。
SiC JFET是目前最成熟的SiC半导体器件，其开关速度和开关损耗均优于Si MOSFET和IGBT[7-9]。
基于高压SiC MOSFET模块桥式电路串扰抑制
基于高压SiC MOSFET模块桥式电路串扰抑制
郑志豪;任小永;黄帆
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2024(58)3
【摘要】碳化硅(SiC)器件开关速度快,在高压条件下串扰现象明显,串扰尖峰容易引起桥臂直通,损坏器件。
此处基于桥式电路,考虑了SiC寄生参数的影响,分析了桥臂串扰现象的原因。
提出了一种有源位的电路,可以有效抑制桥臂串扰尖峰,并且可以减小驱动电阻,减小开关损耗。
此处搭建了桥式电路实验平台,通过实验验证了该方案的有效性。
在相同电阻条件下可以减小62%串扰尖峰。
【总页数】4页(P68-70)
【作者】郑志豪;任小永;黄帆
【作者单位】南京航空航天大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN32
【相关文献】
1.桥式电路中不同封装SiC MOSFET串扰问题r分析及低栅极关断阻抗的驱动电路
2.浅谈机电设备安装工程施工技术与质量管理的几点思考
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910323061.4
(22)申请日 2019.04.22
(71)申请人 中国科学院电工研究所
地址 100190 北京市海淀区中关村北二条6
号
(72)发明人 韦联永 李子欣 高范强 徐飞
赵聪 李耀华 王平
(74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责
任公司 11251
代理人 关玲
(51)Int.Cl.
H02M 3/335(2006.01)
H02M 1/38(2007.01)
(54)发明名称
基于Si-IGBT和SiC-MOSFET混合开关的串联
谐振型双有源桥变换器
(57)摘要
一种基于Si -IGBT和SiC -MOSFET混合开关的
串联谐振型双有源桥变换器，由两个H桥、谐振电
感、谐振电及变压器组成，两个H桥的开关器件为
Si -IGBT和SiC -MOSFET并联组成的混合开关模
块。
通过对混合开关中Si -IGBT和SiC -MOSFET的
开关时序进行优化，正常导通时Si -IGBT流通大
电流而SiC -MOSFET通小电流，本发明的控制方法
可提高变换器的效率、
可靠性和灵活性。
权利要求书1页 说明书6页 附图4页CN 110034685 A 2019.07.19
C N 110034685
A
权 利 要 求 书1/1页CN 110034685 A
1.一种基于Si-IGBT和SiC-MOSFET混合开关的串联谐振型双有源桥变换器，其特征在于：所述的串联谐振型双有源桥变换器装置由第一H桥、第二H桥、高频隔离变压器T、谐振电感Lr、谐振电容Cr及直流稳压电容C1、C2组成；所述串联谐振型双有源桥变换器采用Si-IGBT和SiC-MOSFET的混合开关模块作为H桥的开关器件，每个Si-IGBT、SiC-MOSFET均自带反并联二极管；第一H桥的直流端DC1、第二H桥的直流端DC2为所述变换器与外部电路连接的接口，第一H桥的直流端DC1和第二H桥直流端DC2分别与直流稳压电容C1和C2并联；谐振电感L r由高频变压器的漏感和外接电感组成；谐振电容C r和谐振电感L r串联。
2.按照权利要求1所述的串联谐振型双有源桥变换器，其特征在于：所述的变换器控制方法如下：
首先根据所述变换器的工作场合，确定所述变换器电路的直流电压U、工作电流I和开关频率f s，根据SiC-MOSFET器件手册判断是否只需要SiC-MOSFET独立工作便可满足所述变换器电路的工作需求；如果SiC-MOSFET独立工作便可满足所述变换器电路的工作需求，便闭锁所有Si-IGBT，使SiC-MOSFET独立工作；如果SiC-MOSFET独立工作不能满足所述变换器电路的工作需求，便使Si-IGBT和SiC-MOSFET共同工作；
其次，当Si-IGBT和SiC-MOSFET同时工作才能满足所述变换器的工作需求时，判断SiC-MOSFET的性能能否满足使所述变换器独立工作一个周期，如果SiC-MOSFET的性能不能满足所述变换器独立工作一个周期的需求，便选择Si-IGBT和SiC-MOSFET同开同断的控制方式；如果SiC-MOSFET的性能能够使所述变换器独立工作一个周期，采用1：n或同开同断的控制方式；
最后，当所述变换器的功率只需要单向流动时，闭锁功率输出侧H桥的所有Si-IGBT和SiC-MOSFET，使输出侧H桥进行不控整流；而功率输入侧H桥进行逆变，Si-IGBT和SiC-MOSFET的开关时序和同开同断时相同。
3.按照权利要求2所述的串联谐振型双有源桥变换器，其特征在于：所述的Si-IGBT和SiC-MOSFET同开同断的控制方式为：Si-IGBT和SiC-MOSFET两个开关管同时工作，同开同断；驱动信号M1、M4、M5、M8、G1、G4、G5和G8为同步的占空比为50％的方波，驱动信号M2、M3、M6、M7、G2、G3、G6和G7为同步，且与驱动信号M1相位差为180°的占空比为50％方波。
4.按照权利要求2所述的串联谐振型双有源桥变换器，其特征在于：当所述的变换器的工作电流、工作电压都位于SiC-MOSFET和Si-IGBT的安全工作区时，采用SiC-MOSFET和Si-IGBT工作时间比为1：n的控制方式，即SiC-MOSFET单独工作一个周期，此周期内Si-IGBT全部闭锁，之后的n个周期，Si-IGBT单独工作，SiC-MOSFET全部闭锁；n的计算方式如下：
E loss_MOSFET<n*T s*P tot_MOSFET (2)
E loss_IGBT*n<(n+1)*T s*P tot_IGBT (3)
其中，E loss_MOSFET为SiC-MOSFET一个周期内开关损耗和通态损耗之和，E loss_IGBT为Si-IGBT一个周期内开关损耗和通态损耗之和，T s为装置工作周期时间，P tot_MOSFET为SiC-MOSFET 的耗散功率、P tot_IGBT为Si-IGBT的耗散功率。
5.按照权利要求2所述的串联谐振型双有源桥变换器，其特征在于，当所述双有源桥变换器工作电流不超过开关管SiC-MOSFET的通流能力时，闭锁该变换器的所有Si-IGBT，第一Si-IGBT～第八Si-IGBT的驱动信号都为低电平，驱动信号M1、M4、M5、M8占空比为50％的方波，驱动信号M2、M3、M6、M7为与M1相位差为180°的占空比为50％的方波。
2。