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1、并联设计参考!英飞凌科技中国有限公司赵振波梁知宏摘要本文主要分析如何实现并联静态和动态过程的均流井提出了一些用于减少电流不平衡的相关并联方法,以便于客户并联设计。重点突出一些易实现并联方案的模块新封装,又提出一些实现并联均流的均衡措施。用相关的试验证实一些分析结论。关键词并联静态与动态电流均衡措施!∀!!!!!∀中图分类号旧女童编号一立献标识码一一引言随着市场对兆瓦级大功率变流器的需求与日俱增,并联方案目前已成为一种趋势。这主要源于并联能够提供更高电流密度、均匀热分布、灵活布局以及较高性价比这取决于器件及类型等优势。图所示为经常会采用的两种并联方式,即模块之
2、间和臂之间。通过将小功率模块包括分立式!、大功率模块进行并联组合,可获得不同额定电流的等效模块,且实现并联的连接方式也很灵活、多样。以高压变频器中广泛采用的桥拓扑结构功率单元为例,其并联实现可以用不同电路结构的!模块,如半桥“”、单个“”、四单元“”和六单元“”。这将使客户有很大自由度选择性价比高的并联解决方案。另外,并联可降低模块热集中,使其获得更所造成的影响。附表为说明哪些因素加均匀的温度梯分,较低的平均会引起均流的差异。并联设计将集中度布散热器温度,这有益于提高热循环周在这些因素上面以优化驱动回路、功次。因此,并联是大功率设计应率换流回路、模块布局以
3、及冷却条件用的最佳解决方案之一。等,其目的是确保每个并联支路尽可然而,并联!之间静态与动能实现对称。本文将提供一些并联设态性能的差异会均流,使得有效计方面的措施和建议,以帮成影响助客户目标输出电流不得不被降额。通常,功完成并联。降额系数是根据最差的并联情况进行假定,但这种假设在实际应用中并不静态性能合理,且被过高估计,这也会增加客特性户设计成本。从统计角度方面,差异在不同额定电压、、性很大的模块并联概率是很小的,且和条件下,英飞凌参数之间偏离可以忽略。从均和沟槽场终止芯片的饱和电压流角度方面,并联设计好坏对降额起都随着结温升高而增加,呈现关键性的作用,且远大
4、于自身正温度系数特性。图为沟槽场参数差异性所引起的问题。因此,并终止芯片在巧栅极电压条件下不同联应重点考虑如何通过设计确保均结温时的饱和电压特性。这表明并联流,而不是把重心放在模块参数偏离的动态地自我调节平静态均流可!峨番口翻翩目‘场刀旬七1七则刚vc咖曰J捌山门于1土刊旬衡。如果较高电流通过一个并联支路~就会相应升高,并将电流转移至v或不均匀冷却导致运行结温偏高,其其它饱和电压较低的支路,以实现自74THEWORLDOFINVERTERS我保护。因此,特性有利于实现并联的均流。饱和电压,分布图3为在相同的栅极电压和结温条件下不同饱和电压的IGBT输出特性
5、曲线,其可以用一次函数来描述,其等效斜率电阻会对均流有影响。像图3所示,由于IGBTI的等值电阻较小,对应并联支路电流会较大。不过,英飞凌NPT和沟槽场终止芯片饱和电压在整个分布范围内呈现正态特性,这也源于出色的生产过程和晶圆处理能力。因此,从统计角度,很少会出现最差并联情况。为了尽可能减少这种IGBT自身差异性所带的均流问题,建议并联的IGBT应采用相同芯片技术、模块型号和生产日期。如果可能,最好用同一包装内的IGBT模块进行并联。2.3功率换流回路电阻Rs图4为直流回路母线和交流输出的不对称性并联连接(如虚线所示)。这种差别会引起并联换流回路不同的等值电
6、阻,像图中所示支路2距离直流母线并联连接点或输出点较近,会有较小的等值电阻,进而会流过较大的静态电流。而且,静态电流lc:与几的这种差异远大于饱和电压分布不同所引起的差异。因此,直流回路以及输出回路母线布局、电解电容和IGBT模块的布局需要经过优化,使每个并联支路尽量对称和一致。有时,尽管并联IGBT的母线为同一根铜排,具有相同的电势,然而与母线连接点的不同也将会导致电流不平衡。3动态性能3.1栅极电阻l()阑值电压VG、并联IGBT驱动所用分开栅极电阻相比公用连接方式而言,可以改善动态过程均流。这也可以降低由于闭值电压VGEht之间偏差引起的动态不平瞬坡鬓
7、巍窦秘辱雄募图6波形对比衡。图5为测试所用的示意图,额外串联的二极管用于有意增加并联IGBT之间的VtEGh差异。测试在相同的、对称的并联功率回路和驱动器条件下进行,图6为测试的对比波形,其中¹为栅极电压,»和º为并联支路的电流。试验结果进一步证明了分开栅极电阻在并联驱动设计中的重要性。此外,对于并联GIBT而言,栅极电阻凡和栅极与发射极之间电容Cg。(如果需要)的容差应当尽可能低。(2)杂散电感L6建议把栅极电阻分成2/3部分作为Rg,13/部分作为R。。辅助R。能够降低由于功率换流回路杂散电感不对称引起的动态电流不平衡。图7为由辅助Re形成的一个负反馈机
8、制开通过程,其中一个IGBT开关速度快,另一个则相
