利用差模电感帮助并联碳化硅MOSFET实现电流均衡的方法与流程

本发明涉及碳化硅mosfet的均流问题，具体的说是利用差模电感帮助并联碳化硅mosfet实现电流均衡的方法。

背景技术：

硅的mosfet的导通电阻具有正温度系数，因此当两个mosfet并联的时候可以自动实现均流，这使得mosfet在大电流场合得到了广泛的应用。然而碳化硅的mosfet的导通电阻的正温度系数和硅的mosfet相比较并不明显，所以碳化硅的mosfet在并联时存在电流无法均衡的问题，这个问题大大限制了碳化硅的mosfet在大电流场合的应用。

目前实现碳化硅mosfet电流均衡的方法主要有以下几种：一种方案是在mosfet电路支路里面串联电阻帮助实现电流均衡，该种方案只能保证静态的电流均衡，但不能保证动态的电流均衡；一种方案是调节各个mosfet的驱动电路，该方案利用差分电流传感器和模拟延时控制器，来调节各个mosfet的驱动时序来保证电流均衡，该方法的缺点是难以制作多通道、高带宽的差动电流传感器，并且难以设计复杂的模拟反馈控制；还有一种方案是从封装上优化多个mosfet的直接键合铜结构，该方案希望保证从封装上让多个mosfet完全对称，从而保证电流均衡，然而，完全对称是不可能100％实现的。

技术实现要素：

本发明的目的是：设计一个利用差模电感帮助并联碳化硅mosfet实现电流均衡的方法，简单实用的基于差模电感的无源电路装置，保证两个碳化硅mosfet并联不存在静态和动态电流均衡问题。

本发明的技术解决方案是：该利用差模电感帮助并联碳化硅mosfets实现电流均衡的方法，是将一个差模电感(a)串入两个碳化硅mosfets的并联电路；差模电感(a)有4个绕组端子，分别为端子1，端子2，端子3和端子4；差模电感(a)的端子3接碳化硅mosfet1(b)的源极；差模电感(a)的端子4接碳化硅mosfet2(c)的源极；差模电感(a)的端子1和2相互连接作为两个的碳化硅mosfets并联电路的输出(d)。

其中，差模电感(a)的磁芯选取alsif材料的磁环。

其中，差模电感(a)的绕线圈采用利兹线双股缠绕。

其中，差模电感(a)的线圈绕组匝数n按照下列公式计算：

公式1中n为差模电感(a)的匝数；π＝3.14；dmax和dmin为磁环的外直径和内直径(e)；lm为差模电感的电感值，该电感值越大，对并联碳化硅mosfets的不均衡电流的抑制作用越大，但会增加差模电感(a)的匝数，增加体积，因此，lm的选择根据实际情况折中选择(e)；μr为磁环的相对渗透率；μ0为磁环的真空渗透率；h为磁环的厚度(e)。

其中，差模电感(a)的饱和磁导率bset按照下列公式计算：

公式2中n为差模电感(a)的匝数；π＝3.14；dmax和dmin为磁环的外直径和内直径(e)；μr为磁环的相对渗透率；μ0为磁环的真空渗透率；δidmax为期望抑制的不平衡电流大小。

本发明具有以下优点：

1、本发明方法既可以实现并联碳化硅mosfet的静态电流均流，也可以实现并联碳化硅mosfet的动态电流均流。

2、本发明中所用的差模电感容易实现，该差分电感的磁芯材料、形状、绕组匝数、绕组绕法和饱和磁导率都有明确的设计依据。

3、本发明中所用的差模电感成本很低，差模电感只需串联到并联的碳化硅mosfet电路中，实现成本很低。

附图说明

图1是本发明的利用差模电感帮助并联碳化硅mosfet实现电流均衡方法的示意框图。

具体实施方式

本发明的利用差模电感帮助并联碳化硅mosfet实现电流均衡的方法有两个特点：一个是利用差模电感串入并联碳化硅mosfet的电路中(见图1)，实现电流均衡；第二个是给出个具体的差模电感的设计指南。

参见图1，本发明的利用差模电感帮助并联碳化硅mosfet实现电流均衡的方法将一个差模电感(a)串入两个碳化硅mosfets的并联电路；差模电感(a)有4个绕组端子，分别为端子1，端子2，端子3和端子4；差模电感(a)的端子3接碳化硅mosfet1(b)的源极；差模电感(a)的端子4接碳化硅mosfet2(c)的源极；差模电感(a)的端子1和2相互连接作为两个的碳化硅mosfets并联电路的输出(d)；该方法保证两个并联碳化硅mosfets电流均衡。

另外，本发明中的差模电感设计如下：

所述的差模电感(a)的磁芯选取alsif材料的磁环；

所述的差模电感(a)的绕线圈采用利兹线双股缠绕；

所述的差模电感(a)的线圈绕组匝数n按照下列公式计算：

公式3中n为差模电感(a)的匝数；π＝3.14；dmax和dmin为磁环的外直径和内直径(e)；lm为差模电感的电感值，该电感值越大，对并联碳化硅mosfets的不均衡电流的抑制作用越大，但会增加差模电感(a)的匝数，增加体积，因此，lm的选择根据实际情况折中选择(e)；μr为磁环的相对渗透率；μ0为磁环的真空渗透率；h为磁环的厚度(e)。

所述的差模电感(a)的饱和磁导率bset按照下列公式计算：

公式4中n为差模电感(a)的匝数；π＝3.14；dmax和dmin为磁环的外直径和内直径(e)；μr为磁环的相对渗透率；μ0为磁环的真空渗透率；δidmax为期望抑制的不平衡电流大小。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种利用差模电感帮助并联碳化硅MOSFETs实现电流均衡的方法，该方法在两个碳化硅MOSFETs的并联电路中串入一个差模电感，通过合理设计该差模电感的磁芯、绕线、匝数、磁通强度和绕线方式，保证两个并联的MOSFETs不再存在电流不均衡问题，本发明实现成本低，实现简单，电流均衡效果好。

技术研发人员：张欣
受保护的技术使用者：张欣
技术研发日：2019.01.31
技术公布日：2019.06.21