可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块制造技术

本实用新型专利技术公开了可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块，包括固定式芯片组，所述固定式芯片组包括2n个IGBT芯片，所述2n个IGBT芯片两两串联组成n个IGBT芯片单元，所述n个IGBT芯片单元并联形成阵列，所述阵列的上半桥臂的IGBT芯片基极接正DC源，上半桥臂的IGBT芯片发射极和下半桥臂的IGBT芯片的基极均接输出端口，下半桥臂的IGBT芯片的射极接负DC源。将传统IGBT功率模块内统一控制的IGBT芯片变为独立控制的IGBT芯片阵列，可依据电流应力变化情况，实时配置IGBT导通阵列，从而减小由于电应力波动对IGBT芯片结温的影响。

【技术实现步骤摘要】
可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块
本技术属于功率模块
，具体涉及可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块。
技术介绍
伴随电力系统高渗透率可再生能源接入和高度电力电子化的发展趋势，大功率电力电子变换器在电力系统中的应用日益广泛，其可靠性问题直接影响系统的性能和运行维护成本。为追求更好的传输性能，电力电子变换器的运行环境日趋复杂，宽范围电流应力波动工作环境将引起电力电子变换器中IGBT功率模块承受深度结温循环，进而导致模块损坏。目前市场中应用最广的传统IGBT功率模块有存在以下问题：1、IGBT功率模块内部并联的IGBT芯片导通和关断受同一驱动信号控制，无法根据负载状况灵活调整，并联的二极管在续流过程中也全部导通，不跟随负载变化，使得内部IGBT芯片电流和二极管电流跟随负载电流产生大幅波动，承受较高的热应力循环，芯片极易受损，降低了IGBT功率模块的可靠性和使用寿命；2、IGBT功率模块输出低功率时，内部所有IGBT芯片仍然同时导通和关断，产生大量开关损耗，使得系统效率低。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术通过改进IGBT功率模块，新型功率模块中IGBT芯片可以分时分区控制，大大提高了系统的自由度，新的IGBT功率模块可以在低功率时，仅有部分IGBT芯片工作，减小模块损耗，提高系统效率。为达到上述目的，本技术可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块，包括固定式芯片组，固定式芯片组包括2n个IGBT芯片，2n个IGBT芯片两两串联组成n个IGBT芯片单元，n个IGBT芯片单元并联形成阵列，阵列的上半桥臂的IGBT芯片基极接正DC源，上半桥臂的IGBT芯片发射极和下半桥臂的IGBT芯片的基极均接输出端口，下半桥臂的IGBT芯片的射极接负DC源。进一步的，还包括可配置式芯片组，可配置式芯片组包括若干个并联的IGBT芯片；可配置式芯片组的每个IGBT芯片的基极由一个双向开关与正DC源和交流输出端相连，发射极由另一个双向开关与负DC源和交流输出相连。进一步的，每个IGBT芯片由一个IGBT和一个二极管并联而成。进一步的，IGBT芯片中的二极管所在支路串接有一个电子开关。进一步的，二极管所在支路中串接的电子开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管。与现有技术相比，本技术至少具有以下有益的技术效果：本技术将传统IGBT功率模块内统一控制的IGBT芯片变为独立控制的IGBT芯片阵列，可依据电流应力变化情况，实时配置IGBT导通阵列，从而减小由于电应力波动对IGBT芯片结温的影响。进一步的，给每个芯片的二极管支路增加了一个电子开关，增加的电子开关使得在二极管导通和关断也可控，在二极管支路续流过程中通过对各个二极管导通阵列的实时配置使得每个二极管芯片承受的电流应力变得平滑，减小了由于电应力波动对二极管芯片结温的影响。上述措施增加了功率模块的使用寿命，进一步提高了功率模块自由度和应用灵活性。附图说明图1为实施例1的智能半桥开关模块的芯片组示意图；图2为实施例1的智能半桥开关模块的控制信号逻辑分配器接线示意图；图3为实施例2的智能半桥开关模块的芯片组示意图；图4为实施例2的智能半桥开关模块的控制信号逻辑分配器接线示意图；图5为负载量和导通的芯片单元数量示意图；图6为不同数量的芯片导通组合示意图。具体实施方式为了使本技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并非用于限定本技术。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块(以下简称IGBT模块)，智能半桥开关模块中IGBT芯片可以分时分区控制，大大提高了系统的自由度，IGBT模块可以在低功率或IGBT模块承受小电流应力时，仅驱动部分IGBT芯片工作，减小模块损耗，提高系统效率。通过控制各个IGBT芯片的导通和关断，减小各IGBT芯片承受的热应力循环深度，均衡功率模块内各个芯片的损耗，从而提高功率模块的可靠性、使用寿命和使用效率。实施例1参照图1和图2，作第一类可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块(下称IGBT模块)介绍如下：如图1所示，IGBT模块为全固定式芯片组，此类IGBT模块一经设计生产完成，上下桥臂的IGBT芯片单元数目即固定不可更改。每个IGBT模块由2n个IGBT芯片组成，每个IGBT芯片由一个IGBT和一个二极管并联而成，二极管支路串接一个电子开关，电子开关以低损耗、响应快或者针对特定对象在市场中已有的电子开关中选择即可，例如Mosfet。由此，每个IGBT芯片有三个控制信号，分别为：IGBT门极G控制信号、射极E控制信号以及电子开关K的控制信号，将这三路控制信号接在控制信号逻辑分配器(下称分配器)的输出端口，受分配器逻辑控制。一个IGBT模块中的2n个IGBT芯片，以两两串联再并联方式成阵列，阵列的上半桥臂各个芯片基极接正DC源，射极(同时也是下半部分芯片的基极)接输出端口，下半桥臂射极接负DC源。具体的，IGBT模块包括n个IGBT芯片组，一个IGBT芯片组包括串联的IGBT芯片A1i和IGBT芯片A2i，i＝(1,2……n)，n≥2。IGBT芯片A1i包括IGBT和并联在IGBT上的二极管D1i，二极管D1i所在的支路上串联有开关K1i，IGBT芯片A2i包括IGBT和并联在IGBT上的二极管D2i，二极管D2i所在的支路上串联有开关K2i，IGBT芯片A1i的集电极与正DC源连接，IGBT芯片A1i的发射极和IGBT芯片A2i的集电极均与交流输出端连接，IGBT芯片A2i的发射极与负DC源连接。在IGBT模块进入工作状态后，由于负载会随时间变化，IGBT模块的工作电流、模块温度等也会随时间发生变化，通过监测装置监测负载电流来判断IGBT模块的带载状态，通过单片机或其他智能芯片将此负载电流大小转化成智能模块的控制信号输入到控制信号逻辑分配器，由逻辑分配器控制具体由若干组接正DC源的芯片单元和有若干组接负DC源的芯片单元参与实时运行。分配器的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块，其特征在于，包括固定式芯片组，所述固定式芯片组包括2n个IGBT芯片，所述2n个IGBT芯片两两串联组成n个IGBT芯片单元，所述n个IGBT芯片单元并联形成阵列，所述阵列的上半桥臂的IGBT芯片基极接正DC源，上半桥臂的IGBT芯片发射极和下半桥臂的IGBT芯片的基极均接输出端口，下半桥臂的IGBT芯片的射极接负DC源。/n

【技术特征摘要】
1.可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块，其特征在于，包括固定式芯片组，所述固定式芯片组包括2n个IGBT芯片，所述2n个IGBT芯片两两串联组成n个IGBT芯片单元，所述n个IGBT芯片单元并联形成阵列，所述阵列的上半桥臂的IGBT芯片基极接正DC源，上半桥臂的IGBT芯片发射极和下半桥臂的IGBT芯片的基极均接输出端口，下半桥臂的IGBT芯片的射极接负DC源。


2.根据权利要求1所述的可用于MMC的内部芯片为单体可控阵列的IGBT模块，其特征在于，还包括可配置式芯片组，所述可配置式芯片组包括若干个并联的IGBT芯片；可配置式芯片组的每个IGBT芯片的基极由一个双...

【专利技术属性】
技术研发人员：石勇，申铭炎，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61