基于LTC4350并联均流技术应用研究
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教学管理新教师教学为了提高功率器件的载流能力和耐压,可以采用多个器件并联来承担较大的电流和采用多个器件串联来提高开关器件的耐压,但是器件在串联和并联时,由于其静态和动态特性参数的差异而使得电压和电流分配不均匀,在实际使用时必须采取一定的措施,使得串联和并联的功率器件的电压和电流均匀,这里主要讨论MOSFET 和IGBT 的并联均流技术。
1、全控型器件并联运行特点1.1 MOSFET 并联运行特点1)Ron 具有正温度系数,具有电流自动均衡的能力,容易并联。
2)注意选用Ron 、UT 、Gfs 和Ciss 尽量相近的器件并联。
3)电路走线和布局应尽量对称。
1.2 IGBT 并联运行特点1)在1/2或1/3额定电流以下的区段,通态压降具有负温度系数,在以上的区段则具有正温度系数。
2)并联使用时也具有电流的自动均衡能力,易于并联。
2、全控型器件并联2.1 并联的影响因素影响全控型器件并联均流特性的因素要从其应用电路来分析,主要是三个因素:MOSFET 或者IGBT的参数、驱动电路以及换流回路。
其影响因素见表1。
表1 并联均流影响因素2.2 均流措施1)器件的选择a )选择输出特性和转移特性尽量一致的全控型器件,饱和压降与温度有关,不同结构类型的全控型器件其饱和压降的温度系数是不同的;b )器件并联使用时即使静态和动态均流措施都做到极致,在实际使用时仍然要降额使用。
2)回路电感的影响a )并联时,换流主回路的电感尽量均衡,并且使得线路电感保持最小;换流回路电感的大小将影响开关器件的开关速度和栅极驱动特性;b )并联布线时严格对称布线;c )驱动回路的电感尽可能小,驱动回路的电感可能引起栅极震荡,并且这种震荡在并联的开关器件之间传播;3)散热系统并联的开关器件或者功率单元的散热应该均匀,散热面积和散热方式严格对称,如果IGBT 散热出现热量过于集中,IGBT 温度差别大,会影响的温度特性。
4)驱动电路驱动电路参数的影响并联IGBT 的门极驱动电压Vge 的大小主要影响并联IGBT 的静态均流,而门极驱动信号的变化率、门极驱动电阻Rg 、驱动线路的布局和感抗等参数则对并联IGBT 的动态均流有很大的影响。
(整理)IGBT并联技术详解.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。