一种半导体开关单元制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体开关单元，属于电力电子变换器领域。该开关单元由n个可控开关管Q1～Q

【技术实现步骤摘要】
一种半导体开关单元


[0001]本专利技术属于电力电子变换器领域，涉及一种半导体开关单元。

技术介绍

[0002]提升半导体开关频率是实现高性能、高功率密度电力电子变换器的迫切需求，但受限于半导体开关器件的开关速度和开关损耗，其开关频率难以进一步提升。因此研究新型的半导体开关单元对于实现高性能、高功率密度电力电子变换器具有重要的实际意义。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种半导体开关单元，用于替换电力电子变换器中的可控开关管，可以使半导体器件以较低开关频率实现变换器的等效开关频率增加，从而减小系统无源器件的体积，提升系统的功率密度。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种半导体开关单元，由n个可控开关管Q1～Q
n
并联连接构成，其中n≥2。各个可控开关管的源极连接在一起、漏极连接在一起形成并联结构，可控开关管栅极接入控制信号。
[0006]可选地，可控开关管可为MOSFET或IGBT。
[0007]可选地，半导体开关单元的控制方法具体为：
[0008]在每个开关周期内，可控开关管Q1～Q
n
的开通顺序按照下式控制：
[0009][0010]式中，1表示可控开关管开通，0表示可控开关管关断。即Q1～Q
n
交替开通，且相位相差2π/n。
[0011]可选地，半导体开关单元可应用于含有可控开关管的电力电子变换器中，将其原有的可控开关管替换为半导体开关单元。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术可用于替换电力电子变换器中的可控开关管，从而构成一系列新型变换器，相比于替换前的变换器，其优点如下：
[0013](1)在开关管以相同开关频率工作时，替换后的变换器的等效输出开关频率是替换前的变换器的n倍(n为开关管的并联个数)，减小了无源器件的体积，提高了系统功率密度；
[0014](2)在相同的等效输出开关频率下，替换后的变换器的开关管的开关频率是替换前变换器的1/n(n为开关管的并联个数)，降低了开关管结温，减小了散热器的体积，提高了
功率密度。
[0015]本专利技术的其他优点、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，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0016]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0017]图1为半导体开关单元结构示意图；
[0018]图2为替换后的buck变换器；
[0019]图3为替换前buck变换器仿真模型；
[0020]图4为替换后buck变换器仿真模型；
[0021]图5为替换前buck变换器在开关频率f＝10KHz时电感电流和U
an
电压波形；
[0022]图6为替换后buck变换器在开关频率f＝10KHz时电感电流和U
an
电压波形；
[0023]图7为半导体开关单元应用于boost变换器的电路结构图；
[0024]图8为半导体开关单元应用于buck
‑
boost变换器的电路结构图。
具体实施方式
[0025]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]如图1所示为半导体开关单元的结构示意图，该开关单元由n个可控开关管Q1～Q
n
并联连接构成，其中n≥2。各个可控开关管的源极连接在一起、漏极连接在一起形成并联结构，可控开关管栅极接入控制信号。
[0027]本专利技术可应用于buck变换器、boost变换器、buck
‑
boost变换器等电力电子变换器中，如图2、7、8所示。本实施例以buck变换器的可控开关管替换为本专利技术半导体开关单元为例，对半导体开关单元的工作原理进行说明。
[0028]如图2所示，为替换后的新的buck变换器，在新型buck变换器中，当可控开关管Q1～Q
n
中的任意一个开通时，桥臂中点a对直流母线负极n的电压U
an
等于直流电源电压E；当可控开关管Q1～Q
n
全部关断时，桥臂中点a对直流母线负极n的电压U
an
等于0。因此，在每个开关周期内，可控开关管Q1～Q
n
的导通顺序按照上式控制时，桥臂中点a对直流母线负极n的电压U
an
，在一个开关周期内完成0到E以及E到0的n次跳变，即该电压的频率是开关管工作频率的n倍。同时，滤波电感L
f
上的电流波纹频率也是开关管工作频率的n倍，电路的等效开关频率提升了n倍，从而减小了变换器中无源器件的体积。
[0029]在SIMULINK中搭建了替换前的buck变换器和使用本专利技术半导体开关单元(n＝2)
替换后的buck变换器仿真模型，如图3和图4所示。在相同仿真参数条件下，替换前buck变换器半导体开关器件开关频率为f＝10KHz时，电感电流和U
an
电压仿真波形如图5所示。替换后的buck变换器半导体开关器件开关频率为f＝10KHz时，电感电流和U
an
电压仿真波形如图6所示。对比图5和图6可知，在采用同样的开关频率下，替换后的buck变换器的等效输出开关频率是替换前的buck变换器的等效输出开关频率的2倍。
[0030]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体开关单元，其特征在于：包括并联连接的可控开关管Q1～Q
n
，n≥2；该半导体开关单元的控制方式为：在每个开关周期内，可控开关管Q1～Q
n
交替开通，且相位相差2π/n，如下式所示：式中，1表示可控开关管开通，0表示可控开关管关断。2.根据权利要求1所述的半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，赵丛森，陈国芳，蒋朝波，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：