一种基于碳化硅MOSFET的双管并联大功率逆变器的制作方法

一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，特别指一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器。


背景技术：

2.随着半导体技术的不断发展，sic(碳化硅)电力电子器件的性能也显著提高，sic电力电子器件具有耐压高、损耗低、开关速度快的优点，因此越来越多的被应用到现代化电力电子产品中。在大功率逆变器中，通常需要并联两个或者多个sic mosfet(碳化硅mosfet)来提高功率容量。
3.目前，两个或者多个sic mosfet并联使用时，面临单个sic mosfet之间的不均流问题，并联的单个sic mosfet之间不均流将导致个别sic mosfet的电流应力较大、温升较高，从而无法提高整个逆变器的功率密度。而导致sic mosfet不均流的原因有如下3个：1、sic mosfet自身参数(门槛电压vth)的差异性，将导致并联的单个sic mosfet之间在开关瞬间电流不平衡(动态不均流)；2、pcb layout(pcb布局)的影响；3、散热不均，在一些大功率的逆变器上，通常将sic mosfet安装在散热器上，通过风冷进行散热，这样靠近出风口的sic mosfet的温升会比进风口的sic mosfet的温升明显高很多，靠近出风口的sic mosfet的温升将限制了整个逆变器的功率容量。
4.为了解决并联的单个sic mosfet之间不均流的问题，传统上采用如下方法：1、保证pcb layout设计的对称性和一致性，在生产的时候通过测量仪器筛选自身参数相接近的sic mosfet用于并联，而这对生产管控的要求很高，极大的降低了生产效率；2、增加额外的辅助均流控制电路以及均流控制软件算法来实现单个sic mosfet之间的均流，然而这将增加逆变器的成本，也增加软件的复杂度，进而降低了逆变器的可靠性。
5.因此，如何提供一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器，实现提升碳化硅mosfet的均流效果，进而提升逆变器的功率容量，成为一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器，实现提升碳化硅mosfet的均流效果，进而提升逆变器的功率容量。
7.本发明是这样实现的：一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器，包括一第一半桥、一第二半桥、一第三半桥、一直流母线电容c1、一n线平衡电容c2、一n线平衡电容c3、一a相负载电感l1、一b相负载电感l2、一c相负载电感l3、一滤波电容c4、一滤波电容c5、一滤波电容c6以及三个散热器组；各所述散热器组均包括一散热器hsk1以及一散热器hsk2；
8.所述第一半桥、第二半桥、第三半桥以及直流母线电容c1相互并联；所述n线平衡电容c2与n线平衡电容c3串联后，与所述直流母线电容c1并联；
9.所述a相负载电感l1的一端与第一半桥的输出端连接，另一端与所述滤波电容c4
连接；所述b相负载电感l2的一端与第二半桥的输出端连接，另一端与所述滤波电容c5连接；所述c相负载电感l3的一端与第三半桥的输出端连接，另一端与所述滤波电容c6连接；所述滤波电容c4与滤波电容c5以及滤波电容c6连接；
10.所述第一半桥、第二半桥以及第三半桥分别设于一散热器组的散热器hsk1和一散热器hsk2之间。
11.进一步地，所述第一半桥包括一mos管q1、一mos管q2、一mos管q3、一mos管q4、一杂散电感ls1、一杂散电感ls2、一杂散电感ls3以及一杂散电感ls4；
12.所述mos管q1的漏极与mos管q2的漏极、直流母线电容c1、n线平衡电容c2、第二半桥以及第三半桥连接，源极与杂散电感ls1连接；所述杂散电感ls2的一端与mos管q2的源极连接，另一端与杂散电感ls1、mos管q3的漏极、mos管q4的漏极以及a相负载电感l1连接；所述杂散电感ls3的一端与mos管q3的源极连接，另一端与杂散电感ls4、直流母线电容c1、n线平衡电容c3、第二半桥以及第三半桥连接；所述杂散电感ls4与mos管q4的源极连接；
13.所述mos管q1以及mos管q3设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口；所述mos管q2以及mos管q4设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口。
14.进一步地，所述第二半桥包括一mos管q5、一mos管q6、一mos管q7、一mos管q8、一杂散电感ls5、一杂散电感ls6、一杂散电感ls7以及一杂散电感ls8；
15.所述mos管q5的漏极与mos管q6的漏极、直流母线电容c1、n线平衡电容c2、第一半桥以及第三半桥连接，源极与杂散电感ls5连接；所述杂散电感ls6的一端与mos管q6的源极连接，另一端与杂散电感ls5、mos管q7的漏极、mos管q8的漏极以及b相负载电感l2连接；所述杂散电感ls7的一端与mos管q7的源极连接，另一端与杂散电感ls8、直流母线电容c1、n线平衡电容c3、第一半桥以及第三半桥连接；所述杂散电感ls8与mos管q8的源极连接；
16.所述mos管q5以及mos管q7设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口；所述mos管q6以及mos管q8设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口。
17.进一步地，所述第三半桥包括一mos管q9、一mos管q10、一mos管q11、一mos管q12、一杂散电感ls9、一杂散电感ls10、一杂散电感ls11以及一杂散电感ls12；
18.所述mos管q9的漏极与mos管q10的漏极、直流母线电容c1、n线平衡电容c2、第一半桥以及第二半桥连接，源极与杂散电感ls9连接；所述杂散电感ls10的一端与mos管q10的源极连接，另一端与杂散电感ls9、mos管q11的漏极、mos管q12的漏极以及c相负载电感l3连接；所述杂散电感ls11的一端与mos管q11的源极连接，另一端与杂散电感ls12、直流母线电容c1、n线平衡电容c3、第一半桥以及第二半桥连接；所述杂散电感ls12与mos管q12的源极连接；
19.所述mos管q9以及mos管q11设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口；所述mos管q10以及mos管q12设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口。
20.进一步地，所述mos管q1、mos管q2、mos管q3以及mos管q4均为n型sic mosfet管。
21.进一步地，所述mos管q5、mos管q6、mos管q7以及mos管q8均为n型sic mosfet管。
22.进一步地，所述mos管q9、mos管q10、mos管q11以及mos管q12均为n型sic mosfet管。
23.本发明的优点在于：
24.1、以第一半桥为例，通过将mos管q1以及mos管q3设于散热器hsk1以及散热器hsk2
之间，并靠近进风口，将mos管q2以及mos管q4设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口；逆变器刚开始工作时，流过mos管q1和mos管q2的电流是一样的，靠近出风口的mos管q2的温度会逐渐高于mos管q1，由于mos管q1和mos管q2为sic mosfet管，其导通电阻具有正温度系数，导致mos管q2的内阻(导通电阻rdson)高于mos管q1，进而让流经mos管q1的电流变大，温度也逐渐变高，最终mos管q1和mos管q2的温升趋于一致，同理mos管q3和mos管q4的温升趋于一致，由于流经上桥臂(q1、q2)和下桥臂(q3、q4)的电流是一样的，使得mos管q1、mos管q2、mos管q3和mos管q4的温升趋于一致，第二半桥和第三半桥同理，最终实现第一半桥、第二半桥和第三半桥的12个mos管的温升趋于一致，极大的提升了碳化硅mosfet的均流效果，进而极大的提升了逆变器的功率容量。
25.2、通过在第一半桥、第二半桥和第三半桥的各mos管的源极均连接一个杂散电感，有效克服各mos管门槛电压vth的差异性，避免某个mos管的电流应力较大，导致温升较高，最终极大的提升了碳化硅mosfet的均流效果，进而极大的提升了逆变器的功率容量。
附图说明
26.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
27.图1是本发明一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器的电路图。
28.图2是本发明第一半桥的mos管排布示意图。
29.图3是本发明第一半桥的pcb排布示意图。
30.图4是本发明第一半桥上桥臂的热力示意图。
31.图5是本发明第一半桥下桥臂的热力示意图。
32.图6是传统上第一半桥的mos管排布示意图。
具体实施方式
33.本发明实施例通过提供一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器，解决了现有技术中碳化硅mosfet并联使用时存在不均流进而影响逆变器功率容量的技术问题，实现了极大的提升了碳化硅mosfet的均流效果，进而极大的提升了逆变器的功率容量的技术效果。
34.本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：将第一半桥、第二半桥和第三半桥中处于同一桥臂的两个mos管分别设于散热器hsk1以及散热器hsk2的进风口和出风口，在第一半桥、第二半桥和第三半桥的各mos管的源极均连接一个杂散电感，让第一半桥、第二半桥和第三半桥的12个mos管的温升趋于一致，以提升碳化硅mosfet的均流效果，进而提升逆变器的功率容量。
35.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
36.请参照图1至图6所示，本发明一种基于碳化硅mosfet的双管并联大功率逆变器的较佳实施例，包括一第一半桥、一第二半桥、一第三半桥、一直流母线电容c1、一n线平衡电容c2、一n线平衡电容c3、一a相负载电感l1、一b相负载电感l2、一c相负载电感l3、一滤波电容c4、一滤波电容c5、一滤波电容c6以及三个散热器组；各所述散热器组均包括一散热器hsk1以及一散热器hsk2；各所述散热器组分别用于对第一半桥、第二半桥和第三半桥的各
mos管进行散热；
37.所述第一半桥、第二半桥、第三半桥以及直流母线电容c1相互并联；所述n线平衡电容c2与n线平衡电容c3串联后，与所述直流母线电容c1并联；
38.所述a相负载电感l1的一端与第一半桥的输出端(中点)连接，另一端与所述滤波电容c4连接；所述b相负载电感l2的一端与第二半桥的输出端(中点)连接，另一端与所述滤波电容c5连接；所述c相负载电感l3的一端与第三半桥的输出端(中点)连接，另一端与所述滤波电容c6连接；所述滤波电容c4与滤波电容c5以及滤波电容c6连接；
39.所述第一半桥、第二半桥以及第三半桥分别设于一散热器组的散热器hsk1和一散热器hsk2之间，且上桥臂的两个mos管分别位于进风口和出风口，下桥臂的两个mos管分别位于进风口和出风口。
40.所述第一半桥包括一mos管q1、一mos管q2、一mos管q3、一mos管q4、一杂散电感ls1、一杂散电感ls2、一杂散电感ls3以及一杂散电感ls4；
41.所述mos管q1的漏极与mos管q2的漏极、直流母线电容c1、n线平衡电容c2、第二半桥以及第三半桥连接，源极与杂散电感ls1连接；所述杂散电感ls2的一端与mos管q2的源极连接，另一端与杂散电感ls1、mos管q3的漏极、mos管q4的漏极以及a相负载电感l1连接；所述杂散电感ls3的一端与mos管q3的源极连接，另一端与杂散电感ls4、直流母线电容c1、n线平衡电容c3、第二半桥以及第三半桥连接；所述杂散电感ls4与mos管q4的源极连接；
42.所述mos管q1以及mos管q3设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口；所述mos管q2以及mos管q4设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口。
43.所述第二半桥包括一mos管q5、一mos管q6、一mos管q7、一mos管q8、一杂散电感ls5、一杂散电感ls6、一杂散电感ls7以及一杂散电感ls8；
44.所述mos管q5的漏极与mos管q6的漏极、直流母线电容c1、n线平衡电容c2、第一半桥以及第三半桥连接，源极与杂散电感ls5连接；所述杂散电感ls6的一端与mos管q6的源极连接，另一端与杂散电感ls5、mos管q7的漏极、mos管q8的漏极以及b相负载电感l2连接；所述杂散电感ls7的一端与mos管q7的源极连接，另一端与杂散电感ls8、直流母线电容c1、n线平衡电容c3、第一半桥以及第三半桥连接；所述杂散电感ls8与mos管q8的源极连接；
45.所述mos管q5以及mos管q7设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口；所述mos管q6以及mos管q8设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口。
46.所述第三半桥包括一mos管q9、一mos管q10、一mos管q11、一mos管q12、一杂散电感ls9、一杂散电感ls10、一杂散电感ls11以及一杂散电感ls12；所述杂散电感ls1、杂散电感ls2、杂散电感ls3、杂散电感ls4、杂散电感ls5、杂散电感ls6、杂散电感ls7、杂散电感ls8、杂散电感ls9、杂散电感ls10、杂散电感ls11以及杂散电感ls12的取值优选为20nh；
47.所述mos管q9的漏极与mos管q10的漏极、直流母线电容c1、n线平衡电容c2、第一半桥以及第二半桥连接，源极与杂散电感ls9连接；所述杂散电感ls10的一端与mos管q10的源极连接，另一端与杂散电感ls9、mos管q11的漏极、mos管q12的漏极以及c相负载电感l3连接；所述杂散电感ls11的一端与mos管q11的源极连接，另一端与杂散电感ls12、直流母线电容c1、n线平衡电容c3、第一半桥以及第二半桥连接；所述杂散电感ls12与mos管q12的源极连接；
48.所述mos管q9以及mos管q11设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口；
所述mos管q10以及mos管q12设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口。
49.所述mos管q1、mos管q2、mos管q3以及mos管q4均为n型sic mosfet管。
50.所述mos管q5、mos管q6、mos管q7以及mos管q8均为n型sic mosfet管。
51.所述mos管q9、mos管q10、mos管q11以及mos管q12均为n型sic mosfet管；sic mosfet管的导通电阻具有正温度系数，即随着温度升高，导通电阻也变大。
52.本发明工作原理：
53.所述直流母线电容c1两端的直流电源分别输入第一半桥、第二半桥和第三半桥；所述第一半桥通过上桥臂和下桥臂的中点，向所述a相负载电感l1输出a相电，并由所述滤波电容c4进行滤波；所述第二半桥通过上桥臂和下桥臂的中点，向所述b相负载电感l2输出b相电，并由所述滤波电容c5进行滤波；所述第三半桥通过上桥臂和下桥臂的中点，向所述c相负载电感l3输出c相电，并由所述滤波电容c6进行滤波。
54.综上所述，本发明的优点在于：
55.1、以第一半桥为例，通过将mos管q1以及mos管q3设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近进风口，将mos管q2以及mos管q4设于散热器hsk1以及散热器hsk2之间，并靠近出风口；逆变器刚开始工作时，流过mos管q1和mos管q2的电流是一样的，靠近出风口的mos管q2的温度会逐渐高于mos管q1，由于mos管q1和mos管q2为sic mosfet管，其导通电阻具有正温度系数，导致mos管q2的内阻(导通电阻rdson)高于mos管q1，进而让流经mos管q1的电流变大，温度也逐渐变高，最终mos管q1和mos管q2的温升趋于一致，同理mos管q3和mos管q4的温升趋于一致，由于流经上桥臂(q1、q2)和下桥臂(q3、q4)的电流是一样的，使得mos管q1、mos管q2、mos管q3和mos管q4的温升趋于一致，第二半桥和第三半桥同理，最终实现第一半桥、第二半桥和第三半桥的12个mos管的温升趋于一致，极大的提升了碳化硅mosfet的均流效果，进而极大的提升了逆变器的功率容量。
56.2、通过在第一半桥、第二半桥和第三半桥的各mos管的源极均连接一个杂散电感，有效克服各mos管门槛电压vth的差异性，避免某个mos管的电流应力较大，导致温升较高，最终极大的提升了碳化硅mosfet的均流效果，进而极大的提升了逆变器的功率容量。
57.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。