基于换流–短路双回路解耦的SiC MOSFET功率器件抗短路封装构型设计

作     者：罗皓泽 高洪艺 朱安康 金昱廷 李武华 何湘宁 LUO Haoze;GAO Hongyi;ZHU Ankang;JIN Yuting;LI Wuhua;HE Xiangning

作者机构：浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2023年第43卷第7期

页      面：2781-2789页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(52107211) 国家自然科学基金杰出青年科学基金项目(51925702) 浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划(2022C01094) 

主　　题：换流–短路路径解耦 短路电感 短路抑制 

摘      要：由于栅极氧化层可靠性差、短路电流密度大以及短路结温上升速率高,SiC MOSFET功率器件的短路耐受能力较弱,制约着其在电能变换领域的广泛应用。在此背景下,为了提升SiC MOSFET功率器件的短路耐受能力,文中基于换流–短路双回路解耦的思想,设计出具有抗短路能力的SiC MOSFET功率器件封装构型。该构型将半桥中的两个换流回路在功率器件内部解耦,两换流回路的中点各自连接一个交流功率端子(AC+、AC-)。与现有半桥封装构型相比,抗短路构型功率器件的换流电流路径和换流电感Lσ不变,而当发生桥臂直通短路故障时,短路电流因需要额外流经AC+和AC-交流功率端子而延长了短路路径,同时DC功率端子与AC功率端子之间的互感进一步增大了短路回路电感Lsc。基于34mm封装构型设计制造具有抗短路极限工况能力的650V/162A SiC MOSFET功率器件,其短路故障回路电感达到了115nH,是正常换流回路电感的3.6倍;并且,通过短路实验验证所设计的构型相比于现有设计,短路电流峰值降低了20.07%,发热功率降低了21.41%,短路过程中的总发热量降低了30.04%,验证了所设计封装构型具有一定的抗短路性能。