本发明属于功率半导体器件,涉及一种混合碳化硅三电平功率模块。
背景技术:
1、传统的光/储变流器主要采用硅基功率器件,这些器件存在额定电压低、功率损耗大、功率密度低等问题,无法满足光/储变流器对高压大容量、高效率、高功率密度、低成本等综合性能的需求。碳化硅功率器件具有更高的击穿场强、更高的开关速度、更低的导通压降、更高的工作结温等优点,能够有效提升变流器的电-热性能。
2、然而,现有的光/储功率模块仍然采用传统硅基器件的封装技术,这种技术面临寄生电感大、结-壳热阻大等挑战,难以兼容碳化硅功率器件的高开关速度和高电流密度。这可能导致过高的关断电压应力和局部过热应力,给混合碳化功率模块的电-热优化设计带来了严峻的挑战,制约了碳化硅功率器件在光/储变流器中的应用。
3、因此,急需研究一种新的基于碳化硅和硅混合的功率模块,以提升光/储变流器的综合性能。
技术实现思路
1、有鉴于此,本发明的目的在于提供一种混合碳化硅三电平功率模块,以解决存在的寄生电感大、结-壳热阻大的问题。
2、为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
3、混合碳化硅三电平功率模块,包括dbc;
4、所述dbc包括dbc上层铜、dbc氮化硅陶瓷和dbc下层铜;
5、还包括设置在所述dbc上层铜上的碳化硅mosfet芯片、硅igbt芯片、硅二极管芯片、碳化硅二极管芯片、测温铂电阻和铜框架;
6、还包括功率端子直流正极dc+、功率端子直流负极dc-、直流中点端子、交流输出端子、信号端子、碳化硅mosfet芯片的输出端子、硅igbt芯片的输出端子、碳化硅二极管芯片的输出端子和铂电阻的输出端子;上述端子均焊接在所述dbc上层铜上;
7、该功率模块为半桥结构,开关单元m1和开关单元m4由四个所述碳化硅mosfet芯片并联组成,开关单元t2和开关单元t3由两个所述硅igbt芯片并联组成,开关单元t2的并联二极管单元d2由两个硅二极管并联组成,开关单元t3的并联二极管单元d3由两个硅二极管并联组成,钳位二极管单元d5和钳位二极管单元d6分别由四个所述碳化硅二极管芯片并联组成,开关单元m1、开关单元m4、开关单元t2、开关单元t3、钳位二极管d5、d6的端子分别引出;
8、所述dbc的第一侧边并行引出功率端子直流正极dc+、直流中点端子和功率端子直流负极dc-,其中功率端子直流正极dc+由7个pin针引出,直流中点端子由8个pin针引出,功率端子直流负极dc-由7个pin针引出;交流输出端子位于与第一侧边相对的第二侧边,在第二侧边中部由16个pin针引出;
9、上述芯片之间的互连均采用铜框架的电气连接方式连接;
10、所述铜框架包括开关单元m1的碳化硅mosfet芯片栅极铜框架、开关单元m1的碳化硅mosfet芯片源极铜框架、开关单元t2的硅igbt芯片发射极与二极管单元d2的硅二极管芯片阳极的并联铜框架、开关单元t2的硅igbt芯片栅极铜框架、开关单元t3的硅igbt芯片发射极与二极管单元d3的硅二极管芯片阳极的并联铜框架、开关单元t3的硅igbt芯片栅极铜框架、开关单元m4的碳化硅mosfet芯片栅极铜框架、开关单元m4的碳化硅mosfet芯片源极铜框架、钳位二极管单元d5的碳化硅二极管芯片阳极铜框架和钳位二极管单元d6的碳化硅二极管芯片阳极铜框架;
11、所述开关单元m1与钳位二极管单元d5组成p-cell,所述开关单元m4与钳位二极管单元d6组成n-cell,开关单元t2与开关单元t3的并联二极管单元d3组成p-cell,开关单元t3与开关单元t2的并联二极管单元d2组成n-cell。
12、进一步,所述功率模块还包括覆盖在dbc上的外壳。
13、本发明的有益效果在于:
14、本发明采用硅-碳化硅混合的npc型三电平电路,开关单元m1、m4和钳位二极管单元d5、d6采用碳化硅芯片,提高了开关频率降低了开关损耗,降低功率模块内部芯片的结温与温差;
15、本发明基于p-cell/n-cell概念重构npc型三电平模块芯片布局,缩短换流路径的长度,减小了封装寄生电感。
16、本发明采用铜框架代替键合线,增加换流路径的宽度,进一步减小了封装寄生电感。
17、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.混合碳化硅三电平功率模块,其特征在于:包括dbc;
2.根据权利要求1所述的混合碳化硅三电平功率模块,其特征在于:所述功率模块还包括覆盖在dbc上的外壳。