基于SiC MOSFET的多芯片并联功率模块不均流研究.pdf

本文针对的是功率模块布局设计对SiC MOSFET（碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管）并联使用时电流分配不均的研究。在电力电子技术中，功率模块是一种将功率半导体器件集成的组件，用于实现电能转换和控制。SiC MOSFET是由于其高温、高频、高效率和高耐压特性而被广泛应用的一种新型半导体器件。 在多芯片功率模块(MCPMs)中，并联SiC MOSFET晶体管可以实现更高的功率处理能力。然而，在实际应用中，由于器件本身的微小差异以及布局不对称导致的寄生参数差异，这些并联的晶体管之间往往存在电流分配不均的问题，这会影响整个模块的性能和可靠性。电流分配不均可能会导致一些晶体管承受过高的电流，增加其故障风险，降低整个模块的使用寿命。 本文提出从功率模块布局设计的角度出发，对SiC MOSFET并联不均流的原因进行理论分析。通过忽略器件自身差异，重点分析非对称布局对并联电流分配的影响。在此基础上，以大功率固态功率控制器(SSPC)为应用背景，提出了三种适用于集成化大功率SSPC模块的非对称布局方案，并分别对这三种布局的电流分配情况进行了理论分析。 为了验证理论分析的正确性，作者利用Ansoft Q3D工具提取了布局设计中寄生电感等参数，并用Saber仿真软件对模块的动态开关过程进行了仿真。仿真结果表明，通过合适的布局设计可以减少由于非对称布局引起的寄生电感不对称对并联SiC MOSFET电流分配不均造成的影响。 关键词中提及的“多芯片功率模块(MCPMs)”指的是将多个功率晶体管芯片集成在一个模块中，以提高功率输出能力的设计。其中的“并联不均流”指的是在多个并联连接的功率晶体管中，由于各种原因导致电流分布不均匀。而“功率模块布局”则涉及到在设计功率模块时，如何通过物理位置的安排来优化电力电子系统性能的策略。固态功率控制器(SSPC)是固态配电开关的核心部件，用于完成负载控制、过流保护和短路保护等功能，其响应速度快，可靠性高，且无接触点，是未来电力电子技术发展的一个重要方向。 文中提及的仿真工具Ansoft Q3D是一种专业的电磁场分析软件，可以用于计算电子封装、PCB板和集成电路等的寄生参数。Saber是一种混合信号仿真软件，可以模拟各种电子系统的动态行为，包括电力电子系统。这两种工具是电力电子硬件开发中的常用工具，对于设计、分析并优化电力电子系统至关重要。 本文的研究成果不仅对理解SiC MOSFET并联工作时的电流分配问题提供了新的视角和解决方案，而且对于未来电力电子技术的应用，特别是在航空电子、电动汽车等对功率密度和效率要求极高的领域中，有着重要的指导意义和应用价值。