IGBT并联总结
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IGBT的并联使用并联使用IGBT组成开关器件可以使整个系统得到更高的额定电流,但是设计并联系统时必须考虑一些重要问题,如模块特性、驱动电路以及电路的布局,这些因素影响着并联支路的电流分配,可能导致并联的每个IGBT电流分配不均衡。
其中,模块特性中的伏安特性主要影响静态运行时的电流分配,转移特性和驱动电路以及布局主要影响动态运行时的电流分配。
由于电流分配的不均衡,使n个IGBT并联的额定电流并不等于n倍的单个模块的额定电流,所以对并联IGBT 模块必须降额使用。
在设计IGBT并联系统时,首先要确定合适的并联模块数目以获得足够的额定电流,同时要保证每个模块工作时不超出安全工作区。
另外需要注意的是,并联使用IGBT模块有助于减小通态损耗,但是开关损耗不会减小,甚至可能增大,尤其在开关频率比较高的时候。
(1)并联运行静态均流静态情况下,并联工作的IGBT间的电流分配主要受伏安特性的影响。
当多个IGBT并联时,由于制造工艺的原因,每个IGBT的伏安特性并不完全一样。
两个IGBT并联时伏安特性对电流分配的影响如图2.5.5所示。
从图2.5.5可以看出,当两个伏安特性不同的IGBT并联工作时,它们通过的电流并不相等。
为保证运行时每个模块都不超过安全工作区,必须对并联运行的IGBT进行降额使用。
若两个同型号但伏安特性不同的管子并联使用,其总的额定电流不等于单个管子额定电流的两倍,这种电流能力下降的系数可称为电流降额系数。
电流降额系数可表示为式中,5是降额系数;IT是并联模块能提供的总额定电流;IM是单个模块的最大额定电流np是并联模块的数目。
例如,两个额定电流都为400A的IGBT模块并联,一个承受400A电流而另一个为320A,则可得到。
另外,如果已经知道了降额系数,则可由下式求出所提供的总的额定电流(2)并联运行动态均流动态情况下,并联工作的IGBT间的电流分配主要受转移特性、驱动电路的影响。
1)转移特性对动态均流的影响:转移特件不同的IGBT并联时,开关过程的动态电流分配是不均衡的。
IGBT并联的情况的一些总结:1. 需要考虑静态均流问题影响模块静态均流问题的主要是由于模块的饱和电压降(Vce)不一致引起的。
因此并联时候必须选择同一批次,相同型号,相同生产日期的模块。
“批次”是一个模糊的概念。
模块的日期号很明确,选择相同的日期号也有实际可操作性。
对于标明IGBT饱和电压和FWD通态压降等级的模块(1700V 以上的模块才有这样的标识),选择相同的电压等级标识则是比选择相同的日期号更好的办法。
相同型号是最基本的、必须的。
2. 并联输出电流裕量问题因为IGBT在温度稍高之后就是正温度系数了,并联工作时谁的温度高谁的通态电阻就大,电流就会下降,因此在对并联管子在散热器上进行布置时,需要尽量保证把所有并联的管子都放在一个散热器上,尽量做到每个并联的管子温度要一致。
此外,虽然管子具有正温度系数,但是这种自动调节需要给并联的每个开关管留有一定的波动范围,就是取所有并联管子总电流的2/3做为实际并联电路实际允许输出的电流。
是的。
其实均流(无论静态还是稳态)还只是途径,最终目的是结温的均温。
并联时C-E电压始终相同,假设热阻相同(j-c,c-h,h-a),因此如要结温相同,必须损耗相同,由此必须电流相同。
因此,并联模块在散热上的一致性(即Rthch 和Rthha的一致性),是通过均流实现均温的前提条件之一。
要实现这一点,关键是并联模块拥有相同的散热器面积,并在风流/水流路径上对称。
散热的一致性取决于模块在散热器上的合理放置,而均流则取决于模块参数的一致性和主回路、驱动回路的布局设计(你下面说的第4、5点)。
这几个因素中,散热和布局是客户在应用中要解决的问题,而模块参数的一致性是模块生产厂家要解决的问题。
我们Infineon模块采用的NPT和Trench-FS芯片技术,其优点之一就是保证了IGBT参数具有良好的一致性。
正的温度系数所起的作用只是使并联模块的电流具有趋同性,在参数不可能完全相同的情况下,对均流起一个辅助作用。
IGBT的并联使用并联使用IGBT组成开关器件可以使整个系统得到更高的额定电流,但是设计并联系统时必须考虑一些重要问题,如模块特性、驱动电路以及电路的布局,这些因素影响着并联支路的电流分配,可能导致并联的每个IGBT电流分配不均衡。
其中,模块特性中的伏安特性主要影响静态运行时的电流分配,转移特性和驱动电路以及布局主要影响动态运行时的电流分配。
由于电流分配的不均衡,使n个IGBT并联的额定电流并不等于n倍的单个模块的额定电流,所以对并联IGBT 模块必须降额使用。
在设计IGBT并联系统时,首先要确定合适的并联模块数目以获得足够的额定电流,同时要保证每个模块工作时不超出安全工作区。
另外需要注意的是,并联使用IGBT模块有助于减小通态损耗,但是开关损耗不会减小,甚至可能增大,尤其在开关频率比较高的时候。
(1)并联运行静态均流静态情况下,并联工作的IGBT间的电流分配主要受伏安特性的影响。
当多个IGBT并联时,由于制造工艺的原因,每个IGBT的伏安特性并不完全一样。
两个IGBT并联时伏安特性对电流分配的影响如图2.5.5所示。
从图2.5.5可以看出,当两个伏安特性不同的IGBT并联工作时,它们通过的电流并不相等。
为保证运行时每个模块都不超过安全工作区,必须对并联运行的IGBT进行降额使用。
若两个同型号但伏安特性不同的管子并联使用,其总的额定电流不等于单个管子额定电流的两倍,这种电流能力下降的系数可称为电流降额系数。
电流降额系数可表示为式中,5是降额系数;IT是并联模块能提供的总额定电流;IM是单个模块的最大额定电流np是并联模块的数目。
例如,两个额定电流都为400A的IGBT模块并联,一个承受400A电流而另一个为320A,则可得到。
另外,如果已经知道了降额系数,则可由下式求出所提供的总的额定电流(2)并联运行动态均流动态情况下,并联工作的IGBT间的电流分配主要受转移特性、驱动电路的影响。
1)转移特性对动态均流的影响:转移特件不同的IGBT并联时,开关过程的动态电流分配是不均衡的。
IGBT并联技术技术详解IGBT并联均流问题∙影响静态均流的因素1、并联IGBT的直流母线侧连接点的电阻分量,因此需要尽量对称;2、IGBT芯片的Vce(sat)和二极管芯片的V F的差异,因此尽量采取同一批次的产品。
3、IGBT模块所处的温度差异,设计机械结构及风道时需要考虑;4、IGBT模块所处的磁场差异;5、栅极电压Vge的差异。
∙影响动态均流的因素1、IGBT模块的开通门槛电压VGEth的差异,VGEth越高,IGBT开通时刻越晚,不同模块会有差异;2、每个并联的IGBT模块的直流母线杂散电感L的差异;3、门极电压Vge的差异;4、门极回路中的杂散电感量的差异;5、IGBT模块所处温度的差异;6、IGBT模块所处的磁场的差异。
∙IGBT芯片温度对均流的影响IGBT芯片的温度对于动态均流性能和静态均流性能影响很大:1、由于IGBT的Vcesat的正温度系数特性,使温度高的芯片的Vcesat更高,会分得较少的电流,因此形成了一个负反馈,使静态均流趋于收敛;2、根据我们的经验,我们发现,芯片温度变高后,动态均流的性能也会变好;例如在测试动态均流时,我们会使用双脉冲测试方法,但这时芯片是处于冷态的,当把机器跑起来后,动态均流会改善。
∙IGBT芯片所处的磁场对均流的影响IGBT模块附近如果有强磁场,则模块的均流会受到影响。
1、如果两个IGBT模块并联且并列安装,如果交流排的输出电缆在摆放时靠近其中某一个IGBT模块而远离另外一个,则均流性能就会出问题;2、以上现象的原因是某个大电流在导线上流动时会产生磁场,对磁场内的其他导通的电流产生“挤出”或“吸引”的效应;因此,在结构设计时,需要注意交流排出线的走线形式,以免发生磁场的干涉现象。
IGBT并联使用方法分类IGBT并联可以分为“硬并联”及“桥臂并联”2大类。
(1)“硬并联”指的是IGBT的发射极和集电极直接连接在一起,如左下图所示;(2)“桥臂并联”指的是,IGBT桥臂的交流输出端通过均流电抗(感量有一定数值)连接在一起,如右下图所示;这两种分类方法本质上以模块交流端子到汇流端的电感量进行分类的。