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

来源：中国电机工程学报, 2023, 43(07): 2781-2790.

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.221156

• 换流–短路路径解耦
• 短路电感
• 短路抑制

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。

• 单位
  浙江大学