随着柔性直流输电技术不断发展，对以直流断路器为代表的电力装备提出了更高要求。其中的核心电力电子器件由于受到硅材料的限制，必须配备复杂的水冷系统才能保证其可靠性，严重阻碍了电力装备的小型化、轻量化与可靠性提升。碳化硅器件具有远超传统器件的高温耐受能力，为电力装备的去水冷化提供了全新的技术路径。然而，面向直流断路器大电流、高耐压的核心工况需求，碳化硅器件面临芯片电流分布不均、封装绝缘可靠性不足的关键问题。因此，亟需提出高温下并联电流均衡方法和封装绝缘调控方法，掌握碳化硅器件在直流断路器高温应用的关键技术，以支撑新型无水冷化直流断路器的研制和工程应用。

赵志斌教授课题组针对碳化硅器件高温封装和其在无水冷化直流断路器中应用的关键技术瓶颈，建立了高温下考虑芯片寄生参数与封装参数的并联电流分布模型、深入研究了封装绝缘材料的高温特性演化规律及芯片与封装电场耦合机制。突破了高温多芯片并联电流均衡、200℃级封装绝缘与电场调控、无水冷混合式直流断路温差发电自取能等多项关键技术。成功研制了面向 10kV 等级混合式直流断路器的长期通流能力达 1kA 以上，开断电流能力达 2kA，许用工作温度超过175℃的碳化硅高温器件，开发了基于碳化硅器件的紧凑化无水冷混合式直流断路器样机。本研究成果攻克了碳化硅器件高温应用的核心封装难题，实现了直流断路器的无水冷化与紧凑化设计，摆脱了柔直装备对复杂水冷系统的依赖，大幅降低了设备体积、重量与运维成本，为国产碳化硅器件在高压直流输电、柔性直流电网等领域的工程化应用提供了关键理论基础与技术支撑。

图1 1200V/1000A 24芯片并联SiC MOSFET模块

图2 基于碳化硅器件的紧凑化无水冷混合式直流断路器样机

2024年1月，该研究工作的成果“A Novel Isolated Gate Driver Power Supply Method for Self-Powered SiC DC Solid-State Switch Using Thermoelectric Generation”发表在国际顶级一区SCI期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics上。2025年9月及2026年5月，研究成果“Screening Indicator Selection and Clustering Method for Dynamic Current Balancing of Paralleled SiC MOSFETs”和“Design of Double Pulse Test Platform for High Voltage SiC Devices”发表在国际顶级一区SCI期刊IEEE Transactions on Power Electronics上，新能源电力系统全国重点实验室是论文唯一通讯单位。该研究工作得到了国家电网公司科技项目“碳化硅器件高温封装性能提升及其在直流断路器无水冷化应用的关键技术”的项目资助。

Reference:

[1]L. Qi, W. Chai, X. Zhang, L. Zhan, W. Zhang and W. Li, "A Novel Isolated Gate Driver Power Supply Method for Self-Powered SiC DC Solid-State Switch Using Thermoelectric Generation," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 71, no. 1, pp. 1069-1072, Jan. 2024.

[2] L. Zhang, Z. Zhao, R. Jin, X. Yang, X. Li and X. Cui, "Screening Indicator Selection and Clustering Method for Dynamic Current Balancing of Paralleled SiC MOSFETs," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 40, no. 9, pp. 12154-12166, Sept. 2025.

[3] Y. Zhang, J. Zhang, Y. Cai, P. Sun, X. Li and Z. Zhao, "Design of Double Pulse Test Platform for High Voltage SiC Devices," in IEEE Transactions on Power Electronics, doi: 10.1109/TPEL.2026.3694159.

初审：张翔宇

复审：张洪

审核：彭跃辉 齐磊