PEBB是基于电力电子变换器标准化概念的一种新型电力电子装置组成结构。PEBB可以有效地解决传统电力电子设计中存在的不足，如经济性差，需要分别对功率半导体技术、主开关拓扑技术与变流器控制技术这三种技术进行调研，并考虑它们配合后整体系统的性能，增加了人力成本；可靠性低，三种技术组合形式多样，不可能对性能进行事先测试，导致最终整体系统的可靠性难以得到保障；结构复杂，分隔式设计可能因寄生电感等寄生参数降低装置性能，同时系统的散热、通信等方面都需要重新设计。传统电力电子设计中电力电子组件和系统之间缺乏标准化和互操作性。这使得整个系统缺乏亲和力，只有专业人员才能对电力电子应用进行配置和维护。PEBB推动电力电子应用更加广泛。多个通用电力电子模块与磁性元件相互配合连接便可构成电力电子变换器的子模块。由硅(Silicon，Si)制成的半导体器件，如二极管、绝缘栅双极型晶体管、晶闸管和金属氧化物半导体场效应晶体管已经主导了电力电子领域，成为可靠的电力电子系统的一个稳定和成熟的技术基础。最近，半导体器件开始向宽禁带半导体的转变，例如碳化硅(SiliconCarbide，SiC)和氮化镓(GalliumNitride，GaN)，它们比同类硅具有明显的优势。与Si相比，SiC具有更高的热导率，更高的击穿临界电场，更高的饱和电子漂移速度以及更低的本征载流子浓度。因此SiC器件更适合于高功率、高频率的电力电子应用场合。到目前为止，已经有部分研究设计出了一些通用电力电子模块。然而这些研究都还存在一定的问题。一是目前研究出的通用电力电子模块大多基于Si器件，因此限制了整个PEBB功率等级以及功率密度的提升，限制了通用电力电子模块在商业领域的应用。二是采用SiC器件的装置工作频率较高，如果在原先设计的基础上直接将Si器件更换为SiC器件，则可能因为换流回路寄生电感导致的电压过冲而损坏装置。因此总体上讲，通用电力电子模块的设计还不是非常成熟。为了解决现有技术中存在的问题，本文介绍一种基于SiC模块的高功率密度通用电力电子模块，能够减小设计成本、保证系统整体可靠性、简化系统结构、提升整个系统的可操作性，可应用于大功率的电力电子变换器中。基于SiC模块的高功率密度通用电力电子模块，包括直流滤波电容、检测电路、直流侧母排、SiC模块、散热系统、交流侧端子、驱动电路、控制电路以及解耦电容；

图1通用电力电子模块电路原理图；

其中，检测电路和控制电路集成在PCB上形成检测控制板，直流侧母排和直流滤波电容设置在检测控制板上，直流侧母排采用双层叠层母排，直流侧母排包括DC+铜排和DC?铜排，直流滤波电容分别与DC+铜排和DC?铜排连接，检测控制板的信息传输端与驱动电路连接，检测控制板上集成有通讯接口；SiC模块置于所述散热系统上，SiC模块的源极与DC+铜排连接，SiC模块的漏极与DC?铜排连接，SiC模块内的半桥与所述交流侧端子连接，SiC模块的GS端通过对应引脚与驱动电路连接，解耦电容置于SiC模块的漏源极之间。所述直流侧母排还包括外绝缘层和内绝缘层，其中，外绝缘层包裹在所述DC+铜排和DC?铜排的外侧，所述内绝缘层置于DC+铜排和DC?铜排之间。所述DC+铜排的DC+连接端上套设有电流传感器。直流侧母排与检测控制板之间设有螺母垫片。散热系统采用散热器，SiC模块置于散热器上，SiC模块的外壳与散热器贴合，散热器包括通风通道，通风通道的两侧置有散热风扇。直流滤波电容为多个薄膜电容并联构成。DC+铜排和DC?铜排做挖空设计，用于满足直流侧母排的电气绝缘与爬电距离要求。交流侧端子包括交流侧端子绝缘层以及交流侧端子铜排，其中，交流侧端子绝缘层包裹在交流侧端子铜排外侧。交流侧端子与所述SiC模块内的半桥中点通过螺丝连接。SiC模块采用SiCMOSFET半桥模块，SiCMOSFET半桥模块采用econodual的封装结构。

图2通用电力电子模块结构示意图；

图3通用电力电子模块去除检测控制板后的分解示意图；

图中，1?直流滤波电容，2?DC+连接端，3?DC?连接端，4?电流传感器，5?检测控制板，6?直流侧母排，7?SiC模块，8?散热器，9?散热风扇，10?驱动电路，11?交流侧端子，12?AC1连接端，13?AC2连接端，14?通讯接口，15?解耦电容，16?m6螺母垫片，17?第一外绝缘层，18?DC+铜排，19?内绝缘层，20?DC?铜排，21?第二外绝缘层。通过直流侧连接端以及交流侧连接端与系统中其他通用电力电子模块或无源元件连接使用，可拓展性较高，可作为全桥模块组装成任意拓扑结构的电力电子变换器。本发明所述的设计方案减小了设计成本、保证了系统整体可靠性、简化了系统结构、提升了整个系统的可操作性，可应用于大功率电力电子变换器中。

文章来源：《一种基于SiC模块的高功率密度通用电力电子模块》申请人西安交通大学

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