功率模块、模块化多电平变流器和柔性直流换流阀的制作方法

本发明涉及电子器件领域，具体而言，涉及一种功率模块、模块化多电平变流器和柔性直流换流阀。

背景技术：

1、近年来，以碳化硅(silicon carbon，简称sic)器件为主的第三代功率半导体器件发展迅猛。相较于传统的硅器件，sic器件具有导通电阻小、寄生电容小、最大开关频率高以及最大工作结温高等诸多优良的特性。因此，为了向清洁可再生能源转型，实现能源安全，将sic器件应用于柔性交直流输电设备成为了关键。

2、在sic器件的生产制造过程中，为了提高芯片的良率，单个sic器件的面积通常较小，这进一步导致单个sic器件的电流容量较小。为了进一步提升sic器件的电流容量，通常采用模块封装的方法把多个芯片进行并联集成封装。

3、在多芯片并联过程中，由于单个芯片自身参数不匹配、芯片互联结构不对称以及散热条件存在差异等因素，并联芯片承受的电流应力并不均衡。不均衡的电流应力会进一步导致芯片的结温出现差异，并通过热-机械耦合机制导致不同芯片承受的机械应力出现差异。这样当器件在设备中长时间运行中，多个并联芯片所承受的温度循环条件不同，互联结构以及焊层的疲劳老化速度也会出现较大的差异。部分芯片承受的电流应力、热应力以及老化的速度都要高于其余的芯片，这会进一步影响器件整体的性能、可靠性以及寿命。

4、针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种功率模块、模块化多电平变流器和柔性直流换流阀，以至少解决功率模块中存在的芯片承受电流应力不均衡的技术问题。

2、根据本发明实施例的一个方面，提供了一种功率模块，包括：金属底板，端子，开关对和解耦电容，其中，所述开关对中的每组开关对包括一个上桥臂芯片和一个下桥臂芯片，所述解耦电容布置在所述开关对旁，所述解耦电容用于消除所述开关对对外的环路电感。

3、可选地，所述解耦电容的材质为陶瓷电容。

4、可选地，所述解耦电容的容值小于等于100nf。

5、可选地，所述开关对中的上桥臂芯片在所述金属底板上一字排开且互相并联连接；所述开关对中的下桥臂芯片在所述金属底板上一字排开且互相并联连接。

6、可选地，所述解耦电容与所述开关对一一对应，且所述解耦电容被分别布置于对应的开关对旁边。

7、可选地，所述开关对包括6组开关对，所述6组开关对中的每组开关对包括一个上桥臂mosfet和一个下桥臂mosfet。

8、可选地，所述端子包括：驱动端子和功率端子；所述驱动端子包括：上桥臂源级驱动端子，上桥臂栅级驱动端子，下桥臂栅级驱动端子，下桥臂源级驱动端子；所述功率端子包括：直流正极功率端子，直流负极功率端子和交流功率端子。

9、根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种模块化多电平变流器，包括：所述模块化多电平变流器包括上述任意一项所述的功率模块。

10、根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种柔性直流换流阀，包括：所述柔性直流换流阀包括上述的模块化多电平变流器。

11、在本发明实施例中，采用在功率模块的开关对旁焊接解耦电容的方式，通过解耦电容将每个开关对外的环路电感去耦，使得各个开关对的寄生参数的差异可以减小，达到了保证功率模块中的各个芯片达到均流的目的，从而实现了提高功率模块中各个芯片承受的电流应力的均一性的技术效果，进而解决了功率模块中存在的芯片承受电流应力不均衡的技术问题。

技术特征：

1.一种功率模块，其特征在于，包括：金属底板，端子，开关对和解耦电容，其中，所述开关对中的每组开关对包括一个上桥臂芯片和一个下桥臂芯片，所述解耦电容布置在所述开关对旁，所述解耦电容用于消除所述开关对对外的环路电感。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述解耦电容的材质为陶瓷电容。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述解耦电容的容值小于等于100nf。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述开关对中的上桥臂芯片在所述金属底板上一字排开且互相并联连接；所述开关对中的下桥臂芯片在所述金属底板上一字排开且互相并联连接。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述解耦电容与所述开关对一一对应，且所述解耦电容被分别布置于对应的开关对旁边。

6.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述开关对包括6组开关对，所述6组开关对中的每组开关对包括一个上桥臂mosfet和一个下桥臂mosfet。

7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述端子包括：驱动端子和功率端子；所述驱动端子包括：上桥臂源级驱动端子，上桥臂栅级驱动端子，下桥臂栅级驱动端子，下桥臂源级驱动端子；所述功率端子包括：直流正极功率端子，直流负极功率端子和交流功率端子。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的功率模块，其特征在于，所述开关对中的上桥臂芯片和下桥臂芯片为碳化硅器件。

9.一种模块化多电平变流器，其特征在于，所述模块化多电平变流器包括权利要求1至8中任意一项所述的功率模块。

10.一种柔性直流换流阀，其特征在于，所述柔性直流换流阀包括权利要求9中所述的模块化多电平变流器。

技术总结
本发明公开了一种功率模块、模块化多电平变流器和柔性直流换流阀。其中，该功率模块包括：金属底板，端子，开关对和解耦电容，其中，开关对中的每组开关对包括一个上桥臂芯片和一个下桥臂芯片，解耦电容布置在开关对旁，解耦电容用于消除开关对对外的环路电感。本发明解决了功率模块中存在的芯片承受电流应力不均衡的技术问题。

技术研发人员：韩蓬,赵昕辰,何其伟,周志宇,王泽众,吴雁南,王可嘉
受保护的技术使用者：国网北京市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15