[實用新型]一種T型三電平電路及其芯片與模塊

有效

• 申請號: 201620065911.7
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN205356139U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 陳鵬;倪華
• 申請（專利權）人: 陽光電源股份有限公司
• 主分類號: H02M1/38
• 分類號: H02M1/38
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 方榮肖

技術領域

本實用新型涉及一種T型三電平電路及其芯片與模塊。

背景技術

近幾年，寬禁帶材料及寬禁帶半導體越來越多地得到了人們的關注，如碳化硅Mosfet(金屬-氧化物半導體場效應晶體管)、碳化硅二極管、氮化鎵晶體管等，他們的開關速度非常快，導通阻抗也不大。由于寬禁帶材料的引入，帶來了半導體器件耐壓和導通能力上相比傳統材料半導體革命性的提高，為電力電子產品的高頻化、高功率密度化的發展，提供了很好的支撐。但受制于封裝水平及工藝的限制，寬禁帶半導體還不能完全發揮優勢取代傳統的IGBT或MOSFET，另一方面，寬禁帶半導體的成本還處于較高水平。

目前的1200V的碳化硅Mosfet，單管Rds(on)可以做到Rds(on)指場效應管FET漏極D與源極S之間導通時D、S之間的電阻。開通和關斷時間可達30ns左右，開關損耗非常小，在運行溫度范圍內Eon(開通的能量)和Eoff(關斷的能量)隨節溫變化較小，如圖1。但Rds(on)隨節溫變化巨大，150℃節溫下的Rds(on)是25℃節溫下的1.7倍左右，如圖2。而1200V同樣等級的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，Vce(Sat)(發射極與集電極之間的飽和電壓)受節溫的影響較小，如圖3。以上分析說明，雖然碳化硅Mosfet的開關速度比IGBT快很多，開關損耗優勢明顯，但在節溫較高或電流較大時，碳化硅Mosfet導通壓降較大，導通性能反而不如IGBT。

實用新型內容

為了解決以上不足，本實用新型提出一種T型三電平電路及其芯片與模塊，其所要解決的問題是：碳化硅Mosfet在節溫較高或電流較大時的導通壓降較大，導通性能不如IGBT，但開關性能比IGBT優越很多。采用同樣電流容量時碳化硅Mosfet器件，使得成本較高，采用全窄禁帶材料IGBT，使得高開關頻率時，損耗較大，效率低。

本實用新型的解決方案是：一種T型三電平電路，其包括電容C1～C2、二極管Da～Db、寬禁帶半導體器件Q1～Q4、窄禁帶半導體器件T1～T2；其中，

電容C1～C2串聯后并聯在直流母線電壓Vdc的正負兩端之間，兩個電容的連接點為直流母線的中點O；寬禁帶半導體器件Q1、寬禁帶半導體器件Q4串聯起來共同承擔直流母線電壓Vdc，寬禁帶半導體器件Q1、寬禁帶半導體器件Q4的串接點為三電平電路的交流輸出端A；

窄禁帶半導體器件T1的集電極、發射機分別連接寬禁帶半導體器件Q2的漏極、源極構成并聯單元一；窄禁帶半導體器件T2的集電極、發射機分別連接寬禁帶半導體器件Q3的漏極、源極構成并聯單元二；二極管Da串聯并聯單元一，二極管Db串聯并聯單元二，且二極管Da、二極管Db通過共陰極連接或共陽極連接使二極管Da、二極管Db、并聯單元一、并聯單元二形成處于中點O與交流輸出端A之間的橋接電路。

作為上述方案的進一步改進，二極管Da、二極管Db共陰極連接時，即二極管Da的陰極與二極管Db的陰極連接時，二極管Da的陰極還連接寬禁帶半導體器件Q2的漏極、窄禁帶半導體器件T1的集電極，寬禁帶半導體器件Q2的源極、窄禁帶半導體器件T1的發射極均連接交流輸出端A，二極管Da的陽極連接中點O；二極管Db的陰極還連接寬禁帶半導體器件Q3的漏極、窄禁帶半導體器件T2的集電極，寬禁帶半導體器件Q3的源極、窄禁帶半導體器件T2的發射極均連接中點O，二極管Db的陽極連接交流輸出端A。

作為上述方案的進一步改進，二極管Da、二極管Db共陽極連接時，二極管Db的陽極還連接寬禁帶半導體器件Q3的源極、窄禁帶半導體器件T2的發射極，寬禁帶半導體器件Q3的漏極、窄禁帶半導體器件T2的集電極均連接交流輸出端A，二極管Db的陰極連接中點O；二極管Da的陽極還連接寬禁帶半導體器件Q2的源極、窄禁帶半導體器件T1的發射極，寬禁帶半導體器件Q2的漏極、窄禁帶半導體器件T1的發射極均連接中點O，二極管Da的陰極連接交流輸出端A。

作為上述方案的進一步改進，寬禁帶半導體器件為碳化硅金屬-氧化物半導體場效應晶體管、或者氮化鎵晶體管、或者絕緣柵雙極型晶體管。

作為上述方案的進一步改進，寬禁帶半導體器件Q2、窄禁帶半導體器件T1、寬禁帶半導體器件Q3、窄禁帶半導體器件T2各采用一個驅動單元實現相應半導體器件的導通與截止。

作為上述方案的進一步改進，寬禁帶半導體器件Q2與窄禁帶半導體器件T1采用同一個驅動單元一；寬禁帶半導體器件Q3與窄禁帶半導體器件T2采用同一個驅動單元二。