中压大功率变流器是全电化舰船、新能源发电和直流电网等国家重点发展领域的电能转换核心装备。随着国家对节能减排的更高要求,中压大功率变流器的应用前景日益广阔。基于碳化硅金属-氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)的中压大功率变流器具有高效率、高功率密度和轻量化的特点,是国内外学术界和工业界共同关注的研究热点和焦点之一。然而,囿于碳化硅器件的制造工艺和结构,SiC MOSFET的电压等级和容量等级难以直接满足中压大功率变流需求。与高压单管SiC MOSFET相比,串联器件在导通电阻和器件成本等关键指标上具有明显优势。为此,本文开展SiC MOSFET串联运行基础理论与关键技术研究,以实现变流系统的提压扩容,从而推动SiC MOSFET在大功率变流装备中的应用。器件串联运行的前提是单管器件的可靠驱动。为实现单管器件的可靠驱动,需明晰器件在多非线性参数、高速切换下的运行机理,从而指导电路参数设计。器件串联运行的核心挑战是器件间的电压失衡现象。为实现高速切换下串联SiC MOSFET的电压均衡,需突破经验化、粗放式的传统均压设计方法,立足于单个器件的开关瞬态尺度运行模型,自下而上地揭示多个器件串联的电压失衡机理,进而提出串联器件在高速开关切换运行下的精准调控方法。为此,本文的主要研究工作包括如下四个方面。首先,提出计及非线性参数影响的SiC MOSFET高速开关切换解析模型。本文先建立含器件非线性时变参数的分段描述函数,进而通过小扰动线性化、电荷平均及分离变量等方法进行函数简化,从而建立器件在高速开关切换过程中的电气解析模型。基于该模型,阐明SiC MOSFET的非线性结电容、非线性转移特性及回路寄生参数对SiC MOSFET的开关特性的影响机理。提出的模型能实现开关切换过程中各阶段持续时间的精确计算,与实验对比误差在10%以内。提出的模型是本文后续串联运行分析的理论基础。其次,提出SiC MOSFET半桥电路门极串扰电压阻抗适配抑制方法。为应对半桥结构中处于关断状态的SiC MOSFET器件门极抗干扰能力弱的难题,本文系统阐释器件米勒电容和共源电感对关断器件的门极串扰电压的作用机理,建立门极串扰电压的解析模型,揭示串扰电压与驱动回路阻抗的相互作用关系。在此基础上,针对共源极电感较大的SiC MOSFET器件提出基于高关断状态阻抗的串扰电压主动抑制方法。实验结果证实了串扰电压主动抑制方法的有效性和鲁棒性,从而突破门极串扰对SiC MOSFET开关速度提升的限制,为高速开关切换下串联器件的可靠驱动提供保障。再次,建立SiC MOSFET器件串联运行的电压失衡模型,提出多层次的电压均衡控制方法。基于单管SiC MOSFET高速开关切换解析模型,阐明驱动信号延迟时间和串联器件电压失衡之间的内在关系,为器件串联的优化运行提供理论基础,进而提出器件串联的电压均衡的主动调控方法。针对粗调的无源缓冲电路均压机制,刻画出基于失衡电压灵敏度的缓冲电路的参数设计边界;针对细调的驱动信号延迟补偿均压机制,建立了控制系统传递函数模型,引入控制系统设计方法,实现了均压环的快速、稳定响应;针对微调的驱动信号幅值补偿均压机制,提出一种基于耦合电感的主动均压调控方法。提出的多层次电压均衡控制方法,为串联器件的安全、高效运行打下了基础。最后,搭建了基于八管串联的10kV/200A SiC MOSFET半桥功率模组。在提出的驱动及均压技术支撑下,给出基于器件串联的高压功率模组工程化设计方案,实现基于SiC MOSFET串联的高集成度变流模组。完成了10kV/200A模块的切换时间、开关损耗、温度特性、均压状态等关键参数的综合评估,以展示SiC MOSFET器件串联的低开关损耗和温度稳定性等优异性能。开关测试表明,设计的模组在5kV/200A下的总开关损耗仅为100.42mJ。基于实测数据,开发基于串联模组的大功率变流器多工况下损耗遍历计算工具,评估了基于10kV/200A模组的中压兆瓦级直驱风机并网变流器性能。最后,设计的模组通过大功率变流器桥臂对拖实验,验证了SiC MOSFET串联技术工程化应用潜力。