SiC功率器件的并联均流系统以及方法、电力电子设备

摘要

本申请公开一种SiC功率器件的并联均流系统以及方法、电力电子设备，包括多个并联连接的SiC功率器件，温度采样单元、处理单元以及驱动单元；温度采样单元采样SiC功率器件的温度；处理单元获取相邻的SiC功率器件的温度信号；比较放大相邻的SiC功率器件的温度信号；根据差分放大信号输出相邻的SiC功率器件中至少一个SiC功率器件的电压调节信号；驱动单元根据电压调节信号，对至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节。本申请通过对SiC功率器件的温度进行采样比对，将电压调节信号用于调节SiC功率器件的驱动电压来控制SiC功率器件的损耗，进而调整SiC功率器件之间的温度平衡，达到并联均流的效果。

说明书

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种SiC功率器件的并联均流系统以及方法、电力电子设备。

背景技术

由于SiC(Silicon Carbide，碳化硅)功率器件的制造工艺水平的限制，即使是同一批次生产的器件，器件本身的离散性也较大。当多管并联使用时，因器件离散性导致的电流不平衡问题凸显，极大限制SiC功率器件的输出能力。

现有SiC功率器件的并联均流技术主要有两种：

一种是在SiC功率器件的功率支路上串联均流电感以平衡不同支路之间的电流；但当功率较大时，对串联的均流电感要求会很高，设计中难以实现；

另一种是通过优化并联SiC功率器件布局，使各支路等效寄生参数尽可能一致，以解决因寄生参数造成的电流不平衡问题，但此方法无法避免因器件本身离散性造成的电流不平衡问题，并联均流效果有限。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种SiC功率器件的并联均流系统以及方法、电力电子设备，以解决由于SiC功率器件本身离散性造成的电流不平衡问题。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供的一种SiC功率器件的并联均流系统，包括多个并联连接的SiC功率器件；还包括温度采样单元、处理单元以及驱动单元；

所述温度采样单元，用于采样所述SiC功率器件的温度以输出对应的温度信号；

所述处理单元，用于获取相邻的SiC功率器件的温度信号；比较放大相邻的SiC功率器件的温度信号以输出差分放大信号；根据所述差分放大信号，输出相邻的SiC功率器件中至少一个SiC功率器件的电压调节信号；

所述驱动单元，用于根据所述电压调节信号，对所述至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC功率器件的温差。

根据本申请的另一个方面，提供的一种SiC功率器件的并联均流方法，所述方法包括：

获取相邻的SiC功率器件的温度信号；

比较放大相邻的SiC功率器件的温度信号以输出差分放大信号；

根据所述差分放大信号，输出相邻的SiC功率器件中至少一个SiC功率器件的电压调节信号；

根据所述电压调节信号，对所述至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC功率器件的温差。

根据本申请的另一个方面，提供的一种电力电子设备，所述电力电子设备包括所述的SiC功率器件的并联均流系统。

本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流系统以及方法、电力电子设备，通过对SiC功率器件的温度进行采样比对，将电压调节信号用于调节SiC功率器件的驱动电压来控制SiC功率器件的损耗，进而调整SiC功率器件之间的温度平衡，达到并联均流的效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流系统示意图；

图2为本申请实施例提供的另一SiC功率器件的并联均流系统示意图；

图3为本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流系统中温度采样单元示意图；

图4为本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流系统中差分放大电路和电平移位电路示意图；

图5为本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流系统中调压电路示意图；

图6为本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流系统中驱动单元示意图；

图7为本申请实施例提供的SiC功率器件的并联均流方法流程示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，本申请实施例一提供一种SiC功率器件的并联均流系统，包括多个并联连接的SiC功率器件；还包括温度采样单元11、处理单元12以及驱动单元13；

所述温度采样单元11，用于采样所述SiC功率器件的温度以输出对应的温度信号；

所述处理单元12，用于获取相邻的SiC功率器件的温度信号；比较放大相邻的SiC功率器件的温度信号以输出差分放大信号；根据所述差分放大信号，输出相邻的SiC功率器件中至少一个SiC功率器件的电压调节信号；

所述驱动单元13，用于根据所述电压调节信号，对所述至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC功率器件的温差。

在本示例中，所述温度采样单元包括串联连接的分压电阻和热敏电阻。其中，所述热敏电阻紧邻所述SiC功率器件放置。

在本示例中，所述处理单元包括差分放大电路以及调压电路；

所述差分放大电路的输入端与所述温度采样单元连接，以获取相邻的SiC功率器件的温度信号；所述差分放大电路用于比较放大相邻的SiC功率器件的温度信号以输出差分放大信号；

所述调压电路，用于根据所述差分放大信号，输出所述至少一个SiC功率器件的电压调节信号。

进一步地，所述处理单元还包括电平移位电路；

所述电平移位电路，用于对所述差分放大信号进行电平移位处理，以输出处理后的差分放大信号；

所述调压电路，用于根据所述电平移位电路处理后的差分放大信号，输出所述至少一个SiC功率器件的电压调节信号。

在一种实施方式中，所述驱动单元13，还用于在所述至少一个SiC功率器件存在两路电压调节信号的情形下，选取一路电压调节信号；根据选取的电压调节信号，对所述至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC功率器件的温差。

以下结合图2-图6进行说明：

如图2所示，SiC功率器件包括n个SiC-MOS管、n个温度采样单元11、n个处理单元12以及n个驱动单元13，其中每一个处理单元均包括差分放大电路、电平移位电路和调压电路。

n个温度采样单元11分别采样n个SiC-MOS管的温度以输出对应的温度信号。

处理单元12用于获取相邻的SiC-MOS管的温度信号；比较放大相邻的SiC-MOS管的温度信号以输出差分放大信号；根据所述差分放大信号，输出相邻的SiC-MOS管中至少一个SiC-MOS管的电压调节信号。

驱动单元13根据所述电压调节信号，对所述至少一个SiC-MOS管的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC-MOS管的温差。

例如：差分放大电路1获取SiC-MOS管1的温度信号1和SiC-MOS管2的温度信号2，比较温度信号1和温度信号2以输出差分放大信号；电平移动电路1对该差分放大信号进行电平移位处理，以输出处理后的差分放大信号；调压电路1根据电平移位电路处理后的差分放大信号，输出SiC-MOS管1和/或SiC-MOS管2的电压调节信号。驱动单元1根据SiC-MOS管1和/或SiC-MOS管2的电压调节信号，对SiC-MOS管1和/或SiC-MOS管2的驱动电压进行调节以减小SiC-MOS管1和SiC-MOS管2之间的温差，进而实现并联均流的效果。

如果SiC-MOS管具有多个电压调节信号，例如：SiC-MOS管2具有电压调节信号1和电压调节信号2，此时驱动单元2会在电压调节信号1和电压调节信号2中选取一个电压调节信号对SiC-MOS管2的驱动电压进行调节。

请参考图3所示，温度采样单元1由串联连接的分压电阻R1和热敏电阻NTC1组成，vt1为温度采样单元1输出的温度信号；温度采样单元2由串联连接的分压电阻R2和热敏电阻NTC2组成，vt2为温度采样单元2输出的温度信号。

请参考图4所示，差分放大电路1由运算放大器、R3～R6组成，电平移动电路1由运算放大器、R7～R8组成。电平移动电路1输出的是电平移位处理后的差分放大信号Vfb。

请参考图5所示，调压电路1由基准源IC和电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12组成，基准源IC产生固定的基准电压Vref，差分放大信号Vfb的电压变化会导致电阻R12上的电流变化，进而影响输出电压VCC1的变化。

请参考图6所示，驱动单元1由驱动IC、串联连接的两个三极管以及电阻R13组成，驱动单元1用于向SiC-MOS管提供驱动电压。

SiC-MOS管并联工作时，因器件离散性等问题易导致电流不平衡，从而导致并联SiC-MOS管之间存在较大的温差。当检测到SiC-MOS管之间存在温差，如Vt1＞Vt2时，温度信号经过差分放大以及电平移位处理，将反馈信号传递至调压电路使SiC-MOS管1的驱动电压降低，则SiC-MOS管1的导通电阻Rds变大，流过的电流Id减小，损耗下降，温度T1下降。同时，也可将反馈信号传递至调压电路使SiC-MOS管2驱动电压升高，则SiC-MOS管2的导通电阻Rds变小，流过的电流Id变大，损耗增加，温度T2上升，即有(Vt1-Vt2)差值减小。当(Vt1-Vt2)差值开始减小时，驱动电压变化幅值降低，温度T1，T2变化速率降低，最终SiC-MOS管温度会互相靠近并稳定在(Vt1-Vt2)差值极小的状态下，达到SiC-MOS管之间的温度平衡。

当存在多管并联使用时，对相邻两个SiC-MOS管之间进行温度采样，那么中间的某一个或某几个SiC-MOS管会存在两路反馈信号，取其中的高值作为驱动电压，则相邻两个SiC-MOS管温度会互相靠近并最终达到平衡，最终并联SiC-MOS管都达到温度平衡，同时，多管并联SiC-MOS管总损耗不会增加甚至有可能减少。

如图7所示，本申请实施例二提供一种SiC功率器件的并联均流方法，SiC功率器件的并联均流系统可参考实施例一所述内容。

所述方法包括：

步骤S11、获取相邻的SiC功率器件的温度信号；

步骤S12、比较放大相邻的SiC功率器件的温度信号以输出差分放大信号；

步骤S13、根据所述差分放大信号，输出相邻的SiC功率器件中至少一个SiC功率器件的电压调节信号；

步骤S14、根据所述电压调节信号，对所述至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC功率器件的温差。

进一步地，所述方法还包括：

在所述至少一个SiC功率器件存在两路电压调节信号的情形下，选取一路电压调节信号；

根据选取的电压调节信号，对所述至少一个SiC功率器件的驱动电压进行调节以减小相邻的SiC功率器件的温差。

本申请实施例三提供一种电力电子设备，所述电力电子设备包括SiC功率器件的并联均流系统。

SiC功率器件的并联均流系统可参考实施例一所述内容。所述电力电子设备包括但不限于风电变流器、光伏逆变器、变频器、储能系统等等。

以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。