[發明專利]一種改善功率半導體器件并聯電流分布的電路

在審

• 申請號: 201710914664.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107453740A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 柯俊吉;孫鵬;黃華震;鄒琦;趙志斌;崔翔
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H03K17/082
• 分類號: H03K17/082;H03K17/567;H03K17/687
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王戈

技術領域

本發明涉及功率半導體并聯領域，特別是涉及一種改善功率半導體器件并聯電流分布的電路。

背景技術

在大功率電力電子應用場合，通過并聯方式實現功率需求的主要原因有三個。第一，電流等級的限制，功率半導體器件(包括金屬-氧化物半導體場效應晶體管(以下簡稱MOSFET)、IGBT等)自身電流等級無法滿足系統開發者的需求，而在更高電流等級器件產品還未推出的特殊時期內，并聯方式是解決這一需求的主要途徑。第二，經濟成本約束，即使更大電流的器件開始進入市場，但其成本和價格往往比較高，因此采用中小功率等級的器件并聯是較為經濟的做法。第三，可靠性要求，縱觀功率半導體器件的發展歷史，人們總是最先掌握較低電流等級的器件技術，在大電流等級器件可靠性還未得到充分論證的情況下，下游應用則優先應用成本較低且可靠性較高的低電流等級器件并聯方式來實現功率需求、性能要求以及成本控制。因此，功率半導體器件并聯是特殊時期內需求、技術以及成本之間博弈所產生的最優選擇。

目前，由于功率半導體器件材料的制造工藝不夠成熟，使得功率半導體器件參數分散性的問題很難在短時間內得到較好的解決，且功率半導體器件的參數差異不可能完全一致，導致功率半導體器件在并聯連接方式下可能出現開關不同步，并聯功率半導體器件之間電流分布不均衡的問題，嚴重情況下會直接導致功率半導體器件因承受較大電流而直接損壞。因此，如何降低并聯功率半導體器件之間瞬態電流分布不均衡度，是功率半導體并聯領域急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種改善功率半導體器件并聯電流分布的電路，能夠有效降低并聯的功率半導體器件之間瞬態電流分布不均衡度，避免功率半導體器件因承受較大電流而直接損壞。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種改善功率半導體器件并聯電流分布的電路，所述電路與外接電路連接；所述電路包括：驅動單元、第一功率半導體器件、與所述第一功率半導體器件并聯的第二功率半導體器件、耦合單元、第一電阻以及第二電阻；所述耦合單元為反向耦合的第一電感和第二電感；

所述驅動單元的正極分別與所述第一功率半導體器件的柵極、所述第二功率半導體器件的柵極連接；

所述耦合單元中相互連接的一對異名端與所述外接電路的負極連接；所述耦合單元中未相互連接的一對異名端分別與所述第一功率半導體器件的源極、所述第二功率半導體器件的源極連接；

所述外接電路的正極分別與所述第一功率半導體器件的漏極、所述第二功率半導體器件的漏極連接；

所述第一功率半導體器件的源極與所述第一電阻的一端連接；所述第二功率半導體器件的源極與所述第二電阻的一端連接；所述驅動單元的負極分別與所述第一電阻的另一端、所述第二電阻的另一端連接。

可選的，所述耦合單元的耦合系數M的范圍為0.98<M<1。

可選的，所述第一電感與所述第二電感的電感值相等；所述第一電感的電感值為10～50nH。

可選的，所述第一電感與所述第二電感通過鐵芯相互磁耦合。

可選的，所述第一電阻與所述第二電阻的阻值相等；所述第一電阻的阻值為1～10Ω。

可選的，所述驅動單元，包括驅動信號發生器、直流電源和驅動芯片，用于輸出所述驅動電壓，使所述驅動電壓能夠驅動所述第一功率半導體器件、所述第二功率半導體器件導通。

可選的，所述第一功率半導體器件、所述第二功率半導體器件均為壓控型功率半導體器件。

可選的，所述壓控型功率半導體器件為碳化硅MOSFET器件。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發明提供的一種改善功率半導體器件并聯電流分布的電路，該電路是在傳統的功率半導體器件并聯電路的基礎上進行改進的。其中，該電路包括在并聯功率半導體器件源極側均添加反向耦合且電感值相同的電感，在并聯功率半導體器件源極和驅動單元負極之間均添加阻值相同的電阻。當并聯功率半導體器件開通時兩個反向耦合的電感上會感應出方向相反大小幾乎相同的電壓降，相反的電壓降會反饋到驅動單元，對并聯功率半導體器件的柵源極電壓形成一個負反饋的作用，使得開關速度較快的功率半導體器件開關速度變慢，同時，加快開關速度較慢的功率半導體器件；同時在每個功率半導體器件驅動的源極側插入一個電阻，避免電壓降在源極引線上產生過高的瞬態補償電流。因此，本發明提供的電路，能夠有效降低并聯的功率半導體器件之間瞬態電流分布不均衡度，避免功率半導體器件因承受較大電流而直接損壞。

附圖說明