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1、IGBT并聯(lián)技術(shù)的介紹WinsonWeiWinsonWei(魏煒)瑞士CT-ConceptTechnologieLtd.深圳代表處Support.China@igbt-driver.com中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669關(guān)于均流問題的討論靜態(tài)均流動(dòng)態(tài)均流IGBT均二極管均流流IGBT靜態(tài)均流二極管靜態(tài)均流IGBT動(dòng)態(tài)均流二極管動(dòng)態(tài)均流主要依賴Vcesat的主要依賴VF的一需要克服的因素是一個(gè)被動(dòng)的因正溫度特性及其致性較多,本文詳細(xì)素,完全依賴于一致性闡述IGBT的開關(guān)行為的同步性中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page1影響靜態(tài)均流的因素1.并聯(lián)的IGBT的直流母線側(cè)連
2、接點(diǎn)的電阻分量,因此需要盡量對(duì)稱;2.IGBT芯片的V和和極管片二極管芯片cesat的V的差異,因此盡量采取同一F批次的產(chǎn)品;3.IGBT模塊所處的溫度差異,設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)及風(fēng)道時(shí)需要考慮;4.IGBT模塊所處的磁場(chǎng)的差異;5.門極電壓Vge的差異;中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page2影響動(dòng)態(tài)均流的因素1.IGBT模塊的開通門檻電壓V的GEth差異,V越高,IGBT的開通時(shí)GEth刻越晚,不同模塊會(huì)有差異;2.每個(gè)并聯(lián)的IGBT模塊的直流母線雜散電感L的差異;δ3.門極電壓Vge的差異;4.門極回路中的雜散電感量的差異;5.IGBT模塊所處的溫度的差異;6.IGBT模塊所處的
3、磁場(chǎng)的差異;中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page3IGBT芯片溫度對(duì)均流的影響IGBT芯片的溫度對(duì)于動(dòng)態(tài)均流性能和靜態(tài)均流性能影響很大:1.由于IGBT的V的正溫度系數(shù)特性,使溫度高的芯片的V更c(diǎn)esatcesat高,會(huì)分得較少的電流,因此形成了一個(gè)負(fù)反饋,使靜態(tài)均流趨于收斂;2.根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn),芯片溫度變高后,動(dòng)態(tài)均流的性能也會(huì)變好;例如在測(cè)試動(dòng)態(tài)均流時(shí),我們會(huì)使用雙脈沖測(cè)試方法,但這時(shí)芯片是處于冷態(tài)的,當(dāng)把機(jī)器跑起來后,動(dòng)態(tài)均流會(huì)改善;中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page4IGBT芯片所處的磁場(chǎng)對(duì)均流的影響IGBT模塊附近如果有強(qiáng)磁場(chǎng),則模塊的均流
4、會(huì)受到影響。1.如果兩個(gè)IGBT模塊并聯(lián)且并列安裝,如果交流排的輸出電纜在擺放時(shí)靠近其中某一個(gè)IGBT模塊而遠(yuǎn)離另外一個(gè),則均流性能就會(huì)出問題;2.以上現(xiàn)象的原因是某個(gè)大電流在導(dǎo)線上流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),對(duì)磁場(chǎng)內(nèi)的其他導(dǎo)通的電流產(chǎn)生“擠出”或“吸引”的效應(yīng);因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要注意交流排出線的走線形式,以免發(fā)生磁場(chǎng)的干涉現(xiàn)象。中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page5IGBT并聯(lián)方法的分類IGBT并聯(lián)可以分為“硬并聯(lián)”及“橋臂并聯(lián)”2大類。1.“硬并聯(lián)”指的是IGBT的發(fā)射極和集電極直接連接在一起,如左下圖所示;2.“橋臂并聯(lián)”指的是,IGBT橋臂的交流輸出端通過均流電抗(感量有
5、一定數(shù)值)連接在一起,如右下圖所示;3.這兩種分類方法本質(zhì)上是以模塊交流端子到匯流端的電感量進(jìn)行分類的;下面首先介紹橋臂并聯(lián)。硬并聯(lián)橋臂并聯(lián)中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page6IGBT橋臂并聯(lián)橋臂并聯(lián)是一種風(fēng)險(xiǎn)比較低的并聯(lián)技術(shù);硬件電路的特征:1.兩個(gè)橋臂的輸出首先接到一個(gè)均流電抗,然后再將電流匯在一起;2.并聯(lián)的兩個(gè)IGBT不能共用IGBT驅(qū)動(dòng)器,必須使用各自獨(dú)立的IGBT驅(qū)動(dòng)器;3.驅(qū)動(dòng)器的輸入PWM信號(hào)必須足夠同步的;中文技術(shù)支持熱線:400-0755-669page7IGBT橋臂并聯(lián)拓?fù)渲械膿Q流回路分析在IGBT橋臂并聯(lián)的電路拓?fù)渲?,兩個(gè)橋臂有各自獨(dú)立的換流回路,這
6、兩個(gè)橋臂是不會(huì)存在交換電流的情況;具體地說:1.如果在D1續(xù)流時(shí)開通Q2,則D1發(fā)生反向恢復(fù),且反向恢復(fù)電流全部流進(jìn)Q2,不會(huì)跑到Q4去,如下圖紅線所示;2.如果Q2在導(dǎo)通電流,則關(guān)斷Q2時(shí),電流全部被D1所續(xù)流,不會(huì)跑到D3去;原因就是在兩個(gè)橋臂之間,存在著L1和L2這兩個(gè)電抗,這樣兩個(gè)橋臂之間的動(dòng)態(tài)阻抗會(huì)比較高,換流的動(dòng)態(tài)過程中的高頻電流是不能從一個(gè)橋臂跑去另外一個(gè)橋臂的,被電抗阻擋住了。結(jié)論:這種并聯(lián)方法不存在動(dòng)態(tài)均流的風(fēng)險(xiǎn)。每個(gè)橋臂的換流行為獨(dú)立進(jìn)行。以上命題成立有一個(gè)很重要的前提,就是L1和L2的數(shù)值必須足夠大,至少足以阻擋橋臂間的換流行為。中文技術(shù)支持熱線:400-0755-6
7、69page8IGBT橋臂并聯(lián)拓?fù)渲芯麟娍沟姆治鲈贗GBT橋臂并聯(lián)拓?fù)渲校總€(gè)橋臂的輸出阻抗會(huì)決定輸出電流有效值的分配情況,在下圖中,均流電抗L1和L2分別歸屬左橋臂和右橋臂,很顯然,橋臂的輸出阻抗的主體是均流電抗的感抗,而IGBT橋臂本身的阻抗與感抗相比可以忽略。所以,決定兩橋臂的出力水平(或整體均流水平),主要由均流電抗L1和L2的感量決定。感量偏大,則對(duì)應(yīng)橋臂的輸出電流偏小,感量偏小,則對(duì)應(yīng)的橋臂的輸出電流偏大。