基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法

摘要

基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，包括步骤S1，确定混合器件所应用开关模式；步骤S2，在步骤S1所确定的开关模式下，先定性分析调控参数对混合器件损耗和电流过冲的影响，再根据混合器件内Si IGBT和SiC MOSFET的具体型号，得出各调控参数对混合器件损耗和电流过冲影响的灵敏度大小；步骤S3，比较调控参数对混合器件损耗优化的灵敏度高低，确定调控参数降低损耗的优先级；步骤S4，采用优先级高的调控参数优化混合器件的损耗，确定优先级高的调控参数值；步骤S5，采用优先级低的调控参数抑制混合器件的电流过冲值，将峰值电流限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，确定优先级低的调控参数值。(56)对比文件杨晓菲,于凯.3300V混合SiC IGBT模块研制与性能分析.电子与封装.2021,59-64.Zixian Zhu,Chunming Tu.Research onCharacteristics of SiC FET/Si IGBT andSiC MOSFET/Si IGBT HybridSwitchs.SPIES.2023,全文.Sivaraj Panneerselvam.Switching lossanalysis of IGBT and MOSFET in singlephase PWM inverter fed from photovoltaicenergy sources for smartcitise.International Journal of SystemAsssurance Engineering andManagement.2022,718-726.

权利要求

1.基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于，包括：步骤S1，确定混合器件所应用的开关模式为SiC MOSFET先开后关模式；

步骤S2，在步骤S1所确定的开关模式下，先定性分析各调控参数对混合器件损耗和电流过冲的影响，再根据混合器件内Si IGBT和SiC MOSFET的具体型号，得出各调控参数对混合器件损耗和电流过冲影响的灵敏度大小；所述调控参数包括混合器件SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻；

步骤S3，比较步骤S2得到的SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻对混合器件损耗优化的灵敏度高低，确定调控参数在降低损耗方面的优先级；

步骤S4，采用优先级高的调控参数优化混合器件的损耗，确定优先级高的调控参数值；

步骤S5，采用优先级低的调控参数抑制混合器件的电流过冲值，将峰值电流限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，确定优先级低的调控参数值。

2.根据权利要求1所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述混合器件损耗包括开关损耗和导通损耗，所述开关损耗包括开通损耗和关断损耗，所述导通损耗为导通功率与负载电流的乘积，其中：

1）在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的开通损耗和关断损耗分别为：(1)

 (2)

式中， 、 分别为混合器件的开通损耗、关断损耗；

为SiC MOSFET的驱动电压； 为SiC MOSFET的驱动电阻； 、 分别为单一SiC MOSFET的硬开通损耗和硬关断损耗； 为负载电流； 为混合器件的总导通电阻； 为Si IGBT的上升时间； 为Si IGBT的关断时间； 为SiC MOSFET的导通电阻； 、 分别为开通延迟时间和关断延迟时间； 为SiC MSOFET开通时间； 为Si IGBT的开通延迟时间；

2）在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的导通功率如下式：(3)

式中， 为混合器件的导通功率； 为Si IGBT的驱动电压； 为Si IGBT的导通电阻； 为Si IGBT导通阈值电压对应的负载电流。

3.根据权利要求2所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件存在电流过冲风险时的峰值电流为：(4)

式中， 为峰值电流； 为过冲电流值， 为反向恢复电荷； 为反向恢复软度；

、 、 、 分别为SiC MOSFET的跨导、开通阈值电压、栅源极寄生电容、源极寄生电感。

4.根据权利要求3所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，在SiC MOSFET先开后关模式下，根据公式(1)‑(2)能确定混合器件的开关损耗与SiC MOSFET的驱动电压负相关，与SiC MOSFET的驱动电阻正相关；根据公式(3)能确定混合器件的导通功率与SiC MOSFET与Si IGBT的驱动电压负相关；根据公式(4)能确定混合器件的电流过冲与SiC MOSFET的驱动电压正相关，与SiC MOSFET的驱动电阻负相关。

5.根据权利要求4所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S3中，比较步骤S2得到的SiC MOSFET的驱动电压与驱动电阻对混合器件开关损耗优化的灵敏度高低，确定在降低混合器件开关损耗方面，SiC MOSFET的驱动电压为高优先级的调控参数，SiC MOSFET的驱动电阻为低优先级的调控参数。

6.根据权利要求5所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S4中，选取SiC MOSFET驱动电压的最大值以优化混合器件的开关损耗。

7.根据权利要求6所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S4还包括，选取Si IGBT驱动电压的最大值以优化混合器件的导通损耗。

8.根据权利要求5或7所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S2还包括，根据各调控参数对混合器件开关损耗和电流过冲影响的灵敏度大小拟合SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件开关损耗之间的关系式；以及拟合SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件峰值电流之间的关系式。

9.根据权利要求8所述的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，其特征在于：所述步骤S5包括：S501，确定混合器件的最大脉冲电流值；

S502，将峰值电流限制在步骤S501确定的最大脉冲电流值内；

S503，将步骤S4确定的SiC MOSFET驱动电压的最大值以及步骤S502确定的峰值电流代入步骤S2拟合的SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件峰值电流之间的关系式中，以得到SiC MOSFET的驱动电阻数值。

说明书

基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及开关管参数调控技术领域，尤其指一种基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法。

背景技术

[0002] 目前大部分电力电子变换器件是基于传统硅（silicon，Si）半导体材料构造的，但由于Si材料固有性能限制，导致变换器存在着损耗大、开关频率低以及功率因数低等问题。而第三代半导体材料碳化硅（silicon carbide，SiC）具有十分优异的性能，它在击穿场强、禁带宽度、载流子饱和漂移速度和热导率等多方面具备优势，能有效提高电力电子变换器的效率和功率密度。但目前SiC器件的工艺技术尚未成熟与封装技术发展滞后，导致其芯片载流能力不足以及价格昂贵。基于此，相关研究学者提出将大功率的Si器件和小功率的SiC器件并联组成Si IGBT/SiC MOSFET混合器件，以实现两种功率器件性能和成本的折衷，Si IGBT/SiC MOSFET混合器件为提升器件性能提供了新的思路。

[0003] 为了推进混合器件的广泛应用，相关学者在Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的损耗优化与可靠运行方面开展了诸多研究。在损耗优化方面，现有研究对比了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件多种开关模式，如图2所示，并指出开关模式Ⅰ（SiC MOSFET先开后关模式）可以有效降低混合器件开关损耗。在可靠性方面，现有研究提出一种根据负载电流大小采用不同混合器件开关模式的调控策略，如图3所示，其中模式Ⅰ表示混合器件内仅SiC MOSFET进行开关，Si IGBT处于关断状态；模式Ⅱ表示混合器件内SiC MOSFET先开后关；在模式Ⅲ内利用Si IGBT先开后关以保障混合器件的可靠性。

[0004] 上述针对Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的研究往往只针对效率或可靠性，较少同时考虑两项性能指标，未能有效的同时兼顾混合器件的高效与高可靠性。混合器件的损耗优化与可靠性保障二者间相互关联耦合，只考虑某单一指标的优化将会影响甚至可能劣化其他性能指标。同时目前混合器件调控方式较为单一，其可调控潜能有待进一步发掘。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，该方法可以确定调控参数在降低混合器件损耗方面的优先级高低，并采用优先级高的调控参数优化混合器件的损耗，确定优先级高的调控参数值，以及采用优先级低的调控参数抑制混合器件的电流过冲值，将电流过冲值限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，确定优先级低的调控参数值，从而有效兼顾混合器件的效率和可靠性。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方法：一种基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，包括：

[0007] 步骤S1，确定混合器件所应用的开关模式；

[0008] 步骤S2，在步骤S1所确定的开关模式下，先定性分析各调控参数对混合器件损耗和电流过冲的影响，再根据混合器件内Si IGBT和SiC MOSFET的具体型号，得出各调控参数对混合器件损耗和电流过冲影响的灵敏度大小；所述调控参数包括混合器件SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻；

[0009] 步骤S3，比较步骤S2得到的混合器件SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻对混合器件损耗优化的灵敏度高低，确定调控参数降低损耗的优先级；

[0010] 步骤S4，采用优先级高的调控参数优化混合器件的损耗，确定优先级高的调控参数值；

[0011] 步骤S5，采用优先级低的调控参数抑制混合器件的电流过冲值，将峰值电流限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，确定优先级低的调控参数值。

[0012] 进一步的，所述步骤S1中，混合器件所应用的开关模式为SiC MOSFET先开后关模式。

[0013] 进一步的，所述混合器件损耗包括开关损耗和导通损耗，所述开关损耗包括开通损耗和关断损耗，所述导通损耗为导通功率与负载电流的乘积，其中：

[0014] 1）在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的开通损耗和关断损耗分别为：

[0015](1)

[0016]  (2)

[0017] 式中， 、 分别为混合器件的开通损耗、关断损耗； 为SiC MOSFET的驱动电压； 为SiC MOSFET的驱动电阻； 、
分别为单一SiC MOSFET的硬开通损耗和硬关断损耗； 为负载电流； 为混合器件的总导通电阻； 为Si IGBT的上升时间； 为Si IGBT的关断时间； 为SiC MOSFET的导通电阻； 、 分别为开通延迟时间和关断延迟时间； 为SiC MSOFET开通时间； 为Si IGBT的开通延迟时间；

[0018] 2）在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的导通功率如下式：

[0019]  (3)

[0020] 式中， 为混合器件的导通功率； 为Si IGBT的驱动电压； 为Si IGBT的导通电阻； 为Si IGBT导通阈值电压对应的负载电流。

[0021] 再进一步的，所述步骤S2中，在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件存在电流过冲风险时的峰值电流为： (4)

[0022] 式中， 为峰值电流； 为过冲电流值， 为反向恢复电荷； 为反向恢复软度； 、 、 、 分别为SiC MOSFET的跨导、开通阈值电压、栅源极寄生电容、源极寄生电感。

[0023] 再进一步的，所述步骤S2中，在SiC MOSFET先开后关模式下，根据公式(1)‑(2)能确定混合器件的开关损耗与SiC MOSFET的驱动电压负相关，与SiC MOSFET的驱动电阻正相关；根据公式(3)能确定混合器件的导通功率与SiC MOSFET与Si IGBT的驱动电压负相关；根据公式(4)能确定混合器件的电流过冲与SiC MOSFET的驱动电压正相关，与SiC MOSFET的驱动电阻负相关。

[0024] 更进一步的，所述步骤S3中，比较步骤S2得到的SiC MOSFET的驱动电压与驱动电阻对混合器件开关损耗优化的灵敏度高低，确定在降低混合器件开关损耗方面，SiC MOSFET的驱动电压为高优先级的调控参数，SiC MOSFET的驱动电阻为低优先级的调控参数。

[0025] 更进一步的，所述步骤S4中，选取SiC MOSFET驱动电压的最大值以优化混合器件的开关损耗。

[0026] 再进一步的，所述步骤S4还包括，选取Si IGBT驱动电压的最大值以优化混合器件的导通损耗。

[0027] 优选的，所述步骤S2还包括，根据各调控参数对混合器件开关损耗和电流过冲影响的灵敏度大小拟合SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件开关损耗之间的关系式；以及拟合SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件峰值电流之间的关系式。

[0028] 优选的，所述步骤S5包括：

[0029] S501，确定混合器件的最大脉冲电流值；

[0030] S502，将峰值电流限制在步骤S501确定的最大脉冲电流值内；

[0031] S503，将步骤S4确定的SiC MOSFET驱动电压的最大值以及步骤S502确定的峰值电流代入步骤S2拟合的SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件峰值电流之间的关系式中，以得到SiC MOSFET的驱动电阻数值。

[0032] 本发明提供的基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，可以确定调控参数在降低混合器件损耗方面的优先级高低，并采用优先级高的调控参数优化混合器件的损耗，确定优先级高的调控参数值，以及采用优先级低的调控参数抑制混合器件的电流过冲值，将电流过冲值限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，确定优先级低的调控参数值，从而有效兼顾混合器件的效率和可靠性。本发明简单、有效，且适用范围广，可以为其他类型混合器件调控参数的优化控制提供参考。

附图说明

[0033] 图1为本发明所涉基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法的流程图；

[0034] 图2为现有的Si IGBT/SiC MOSFET混合器件典型的四种开关模式示意图（图中，(a)为混合器件开关模式I；(b)为混合器件开关模式II；(c)为混合器件开关模式III；(d)为混合器件开关模式IV）；

[0035] 图3为现有的根据负载电流大小采用不同混合器件开关模式的调控策略示意图；

[0036] 图4为本发明所涉基于Si和SiC混合器件的结构示意图；

[0037] 图5为本发明实施方式中双脉冲测试实验平台的电路原理图；

[0038] 图6为本发明实施方式中稳态参数测量实验平台的电路原理图；

[0039] 图7为本发明实施方式中驱动电压对混合器件损耗与电流过冲影响的示意图（图中，(a)为驱动电压对混合器件开关损耗影响的示意图；(b)为驱动电压对混合器件导通功率影响的示意图；(c)为驱动电压对混合器件电流过冲影响的示意图）；

[0040] 图8为本发明实施方式中驱动电阻对混合器件损耗与电流过冲影响的示意图（图中，(a)为驱动电阻对混合器件开关损耗影响的示意图；(b)为驱动电阻对混合器件导通功率影响的示意图；(c)为驱动电阻对混合器件电流过冲影响的示意图）；

[0041] 图9为本发明实施方式中SiC MOSFET驱动电压、驱动电阻对混合器件开关损耗影响的示意图；

[0042] 图10为本发明实施方式中SiC MOSFET驱动电压、驱动电阻对混合器件电流过冲影响的示意图；

[0043] 图11为本发明实施方式中SiC MOSFET驱动电阻的取值范围示意图。

具体实施方式

[0044] 为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

[0045] 前面背景技术有提及，目前基于Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的研究未能有效兼顾高效和高可靠性，且现有调控手段较为单一，混合器件效率存在进一步提升的空间，为更好的对混合器件的高效性和高可靠性进行兼顾，本发明将Si IGBT与SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻对混合器件损耗与电流过冲的影响进行了详细研究，确定了驱动电压与驱动电阻对混合器件损耗及电流过冲影响的灵敏度，进而得出驱动电压与驱动电阻降低损耗的优先级高低结论。基于此结论，本发明先调节优先级高的调控参数以优化混合器件损耗，并通过调节优先级低的调控参数以抑制混合器件电流过冲值，将电流过冲值限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，进而保障了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件可靠性。具体的，关于本发明的介绍如下。

[0046] 如图1所示，一种基于Si和SiC混合器件的多元调控参数综合设计方法，主要包括五大步骤。

[0047] 步骤S1，确定混合器件所应用的开关模式。

[0048] 本发明中Si IGBT/SiC MOSFET混合器件的基本结构如图4所示，其由大功率Si IGBT与小功率SiC MOSFET并联组成。为使Si IGBT/SiC MOSFET混合器件有效结合SiC MOSFET低开关损耗与Si IGBT低导通损耗特性，本步骤S1确定了本发明中混合器件所应用的开关模式为图2中的开关模式I（SiC MOSFET先开后关模式），SiC MOSFET先开后关以降低混合器件损耗，进而提高混合器件的运行效率。

[0049] 步骤S2

[0050] S201，在步骤S1所确定的开关模式下，定性分析SiC MOSFET、Si IGBT的驱动电压和驱动电阻对混合器件损耗和电流过冲的影响。

[0051] 1、混合器件损耗包括开关损耗和导通损耗，开关损耗包括开通损耗和关断损耗，导通损耗为导通功率与负载电流的乘积，其中：

[0052] 1）在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的开通损耗和关断损耗分别为：

[0053] (1)

[0054] (2)

[0055] 式中， 、 分别为混合器件的开通损耗、关断损耗； 为SiC MOSFET的驱动电压； 为SiC MOSFET的驱动电阻； 、
分别为单一SiC MOSFET的硬开通损耗和硬关断损耗； 为负载电流； 为混合器件的总导通电阻； 为Si IGBT的上升时间； 为Si IGBT的关断时间； 为SiC MOSFET的导通电阻； 、 分别为开通延迟时间和关断延迟时间； 为SiC MSOFET开通时间； 为Si IGBT的开通延迟时间。

[0056] 2）在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的导通功率如下式：

[0057] (3)

[0058] 式中， 为混合器件的导通功率； 为Si IGBT的驱动电压； 为Si IGBT的导通电阻； 为Si IGBT导通阈值电压对应的负载电流。

[0059] 根据公式(1)‑(2)能确定混合器件的开关损耗与SiC MOSFET的驱动电压负相关，与SiC MOSFET的驱动电阻正相关；根据公式(3)能确定混合器件的导通功率与SiC MOSFET与Si IGBT的驱动电压负相关。

[0060] 2、在混合器件电流过冲方面，二极管的反向恢复电流会在混合器件开通过程形成电流尖峰，而混合器件关断过程中的高电流变化率会与寄生回路电感Lloop作用产生较高的尖峰电压。因此，小功率器件SiC MOSFET在混合器件的开关过程存在过流风险。基于此，在SiC MOSFET先开后关模式下，混合器件的峰值电流为：

[0061] (4)

[0062] 式中， 为峰值电流； 为过冲电流值， 为反向恢复电荷； 为反向恢复软度； 、 、 、 分别为SiC MOSFET的跨导、开通阈值电压、栅源极寄生电容、源极寄生电感。

[0063] 根据公式(4)能确定混合器件的电流过冲与SiC MOSFET的驱动电压正相关，与SiC MOSFET的驱动电阻负相关。

[0064] S202，步骤S201中得出了SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻与混合器件损耗和电流过冲之间的影响关系，基于此，本发明根据Si IGBT和SiC MOSFET的具体型号，通过测试实验得出SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻对混合器件开关损耗和电流过冲影响的灵敏度大小。

[0065] S203，根据SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻以及Si IGBT的驱动电压、驱动电阻对混合器件开关损耗和电流过冲影响的灵敏度大小拟合SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件开关损耗之间的关系式；以及拟合SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件峰值电流之间的关系式。

[0066] 步骤S3，比较步骤S2得到的SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻对混合器件开关损耗优化的灵敏度高低，确定在降低混合器件开关损耗方面，SiC MOSFET的驱动电压为高优先级的调控参数，SiC MOSFET的驱动电阻为低优先级的调控参数。

[0067] 步骤S4，采用优先级高的调控参数优化混合器件的开关损耗，确定优先级高的调控参数值。具体的，选取SiC MOSFET驱动电压的最大值以优化混合器件的开关损耗。另外，还可以选取Si IGBT驱动电压的最大值以优化混合器件的导通损耗。

[0068] 步骤S5，采用优先级低的调控参数抑制混合器件的电流过冲值，将峰值电流限制在混合器件预设的最大脉冲电流值内，确定优先级低的调控参数值。具体的：

[0069] S501，确定混合器件的最大脉冲电流值。

[0070] S502，将峰值电流限制在步骤S501确定的最大脉冲电流值内。

[0071] S503，将步骤S4确定的SiC MOSFET驱动电压的最大值以及步骤S502确定的峰值电流代入步骤S2拟合的SiC MOSFET的驱动电压、驱动电阻与混合器件峰值电流之间的关系式中，以得到SiC MOSFET的驱动电阻数值。

[0072] 接下来本实施方式选取Infineon公司1200V/25A Si IGBT(IGW25N120H3)与Gree公司的1200V/12.5A SiC MOSFET(C2M0160120D)组合构成混合器件，搭建双脉冲测试实验平台与稳态参数测量实验平台对本发明所提方法进行验证。

[0073] 本实施方式所搭建的双脉冲测试实验平台用于测量混合器件开关损耗及电流过冲，如图5所示，图中双脉冲测试平台的母线电压为400V，测试电流为混合器件的额定电流25A，开通延迟时间 与关断延迟时间 均为1us。

[0074] 此外，本实施方式所搭建的稳态参数测量实验平台用于测量混合器件的导通功率，如图6所示。混合器件的导通功率在混合器件额定电流25A下进行测量，其中稳态参数测量实验平台通过直流电源和电子负载的串联，实现精确的恒定导通电流；并通过开关S1与开关S2实现电路的换流，同时利用恒温箱保持混合器件的结温恒定，避免器件结温对实验结果产生干扰。

[0075] 1、驱动电压对混合器件开关损耗与电流过冲的影响

[0076] 当Si IGBT与SiC MOSFET的驱动电压变化时，Si IGBT与SiC MOSFET的驱动电阻均保持20Ω不变，混合器件损耗与电流过冲受器件的驱动电压影响的关系如图7，由图7可知，混合器件开关损耗 随着SiC MOSFET的驱动电压升高而明显减小，混合器件的导通功率均与SiC MOSFET、Si IGBT的驱动电压呈现负相关，混合器件的电流过冲值 随着SiC MOSFET的驱动电压升高而明显变大。驱动电压对混合器件的损耗与电流过冲的灵敏度如表1所示：

[0077] 表1 驱动电压对混合器件损耗与电流过冲的灵敏度

[0078]

[0079] 2、驱动电阻对混合器件损耗与电流过冲的影响

[0080] 当SiC MOSFET与Si IGBT的驱动电阻变化时，SiC MOSFET与Si IGBT驱动电压均保持15V，混合器件损耗与电流过冲受器件的驱动电阻影响的关系如图8，由图8可知，混合器件开关损耗 随着SiC MOSFET的驱动电阻增加而明显增大，混合器件的导通功率 均不受SiC MOSFET、Si IGBT的驱动电阻影响，混合器件的电流过冲值 随着SiC MOSFET的驱动电阻增加而明显减小。驱动电阻对混合器件的损耗与电流过冲的灵敏度如表2所示：

[0081] 表2 驱动电阻对混合器件损耗与电流过冲的灵敏度

[0082]

[0083] 综合上述分析，证明了Si IGBT驱动电压与驱动电阻变化对混合器件的开关损耗与电流过冲无影响，后续可将Si IGBT的驱动电压与驱动电阻设为固定值。因此，SiC MOSFET的驱动电压与驱动电阻对混合器件损耗与电流过冲的影响汇总如表3所示。随着SiC MOSFET的驱动电压升高，SiC MOSFET驱动电阻对混合器件的开关损耗影响灵敏度越小；随着SiC MOSFET的驱动电阻增加，SiC MOSFET的驱动电压对混合器件开关损耗的影响灵敏度越大。并且SiC MOSFET的驱动电压对开关损耗影响的灵敏度大于驱动电阻，即在减小混合器件开关损耗方面，调节SiC MOSFET驱动电压的优先级要大于驱动电阻，因此可优先调节SiC MOSFET的驱动电压以进一步提高混合器件效率。

[0084]  表3 驱动电压、驱动电阻对混合器件损耗与电流过冲的灵敏度

[0085]

[0086] 对混合器件的开关损耗与SiC MOSFET驱动电压、驱动电阻的关系图如图9所示，得到拟合公式如式(5)：

[0087] (5)

[0088] 对混合器件的峰值电流与SiC MOSFET驱动电压、驱动电阻关系图如图10所示，得到拟合公式如式(6)：

[0089]  (6)

[0090] 鉴于Si IGBT的驱动电压与驱动电阻对混合器件的开关损耗与电流过冲影响较小，混合器件的导通损耗与Si IGBT的驱动电压呈现负相关。为使混合器件的损耗最小，本实施方式中可选择Si IGBT的驱动电压 为20V，同时Si IGBT的驱动电阻对混合器件的损耗无影响，可固定为20Ω。首先混合器件的开关损耗与SiC MOSFET驱动电压、驱动电阻的拟合公式如下式：

[0091]  (7)

[0092] 由于SiC MOSFET先开后关，峰值电流主要对SiC MOSFET产生影响，可选择合适的SiC MOSFET驱动电阻来抑制峰值电流，本实施方式将混合器件的峰值电流限制为30A时，可得下式：

[0093] (8)

[0094] 最优SiC MOSFET驱动电阻 随着 升高而增加，而SiC MOSFET的驱动电压 对混合器件的开关损耗影响灵敏度更大，因此为使混合器件运行效率进一步提高，可优先调节SiC MOSFET的驱动电压至20V时，则SiC MOSFET的驱动电阻最优值及开关损耗为：

[0095] (9)

[0096] 而开关损耗随着SiC MOSFET的驱动电阻增加而增加，因此当 时，混合器件的开关损耗为：

[0097] (10)

[0098] 混合器件在SiC MOSFET与Si IGBT均为20V时，其导通功率最小，在负载电流为25A时，其导通功率 近似为式(11)。在负载电流为25A，混合器件开关频率为20kHz，且占空比为0.5时，混合器件损耗可表达为式(12)：

[0099] (11)

[0100] (12)

[0101] 在峰值电流限制为30A时，负载电流为25A时，MOSFET与IGBT的驱动电压为20V, SiC MOSFET驱动电阻 为 ，此时混合器件在一个开关周期内混合器件损耗为1949.22uJ。

[0102] 实验验证：基于上述混合器件实验平台，得到如表4所示的实验数据。参照图11，由于 时，混合器件峰值电流大于最大脉冲电流值（也即最大安全电流值），无法保障混合器件可靠性。而 时，此时混合器件器件的开关损耗增加，效率降低。因此， 时，在保障混合器件可靠性前提下，使得混合器件的损耗最小，运行效率最优。

[0103] 表4 驱动电压对混合器件损耗的灵敏度

[0104]

[0105] 上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

[0106] 为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其他元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。