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1、IGBT并联技术分析胡永宏博士（艾克思科技）通过电力电子器件串联或并联两种大体方式，都可增大电力电子装置的功率品级。采用这两种方式设计 的大功变流器，结构相对简单，加上操纵策略与小功率变流器相兼容，功率提升要紧靠电力电子器件串并联 数量的增加来实现，因此具有本钱较低，便于不同功率品级变流器进行模块化设计和生产等优势。通过串联IGBT能够提高变流器的电压品级，而通过并联IGBT那么能够提高变流器的电流品级，从而提 升变流器的功率品级。考虑到前者功率密度相对较低，从性价比动身，IGBT并联技术是最好的选择。1 IGBT并联运行分析阻碍并联IGBT均流的要紧因素1）IGBT和反并联二极管静态参数的阻
2、碍IGBT的饱和压降V （t）、反并联二极管的正向压降Vf要紧阻碍静 态均流成效；IGBT的跨导gfs和栅极一发射级阈值电压VJ反并联二极管的反向恢复特性（反向恢复 时刻trr和反向恢复电荷Qrr等）要紧阻碍动态均流成效。心2）IGBT驱动电路参数的阻碍并联IGBT的门极驱动电压V的大小要紧阻碍并联IGBT的静态均流，而门极驱动信号的转变率、门极驱动电阻Rg、驱动线路的布房和感抗等参数那么对并联IGBT的动态均流有专 门大的阻碍。S3）IGBT安装的散热考虑，若是IGBT散热显现热量过于集中，IGBT温度不同大，会阻碍的温度特性，形成 正反馈现象。4）主电路结构的阻碍主电路的结构会造成线路感抗
3、不同，并对并联IGBT的动态均流产生阻碍，而线路的 电阻那么阻碍静态均流。并联技术遵循的原那么1）模块的选择：通过选择具有正温度系数而且最好是同一批次的IGBT单元，能够提高器件参数的一致性， 实现最好的静态均流。2）共用驱动电路通过IGBT驱动电路参数的合理设计和共用同一驱动电路，能够提高IGBT开关速度、减小器 件参数散布性的阻碍，改善动态均流的成效。3）对称布局并联回路中所有的功率回路和驱动回路须维持最小回路漏感及严格的对称布局，模块应尽可能 靠近，并优化均衡散热，以提高并联IGBT的均流成效。4）串联均流电感：交流输出端串联的电感能够抑制IGBT和二极管在开关进程中的电流转变率，能够大
4、大减 小由于开关进程的不同造成的电流不均衡，通过均流电感的合理设计能够确保并联IGBT的动态均流成效 知足设计要求。5）降额利用：即便IGBT模块的选择、共用驱动电路和优化布局已达到最优，但其静态和动态性能仍然不可 能达到理想的均衡。更为重要的是，IGBT模块内部的反并联续流二极管是双极性器件，其正向通态压降 呈负温度系数，因此最好对IGBT进行15%20%的降额利用。3并联技术整体设计依照上述设计原那么，本文设计了一个额定容量为250kVA的电路，三相交流输出线电压为380V，交流 输出相电流为380A，为知足三相变流器在380V交流电压下PWM整流器工作模式的需要，直流环节电压设计 为70
5、0V，整体设计结构如图1所示。C B A图1电路整体结构电气图电路将IGBT模块、操纵单元、驱动单元、直流支撑电容(C10)、均流电感(L1L9)、吸收电容(C1C9)、 两个交流电流传感器(x 、x2)、两个交流电压传感器(LV-二、LV-3)、一个直流电压传感器(LV-1)、共模 磁环等变流器所需的重要零部件集成在一路，组成一个功能相对照较完整和独立的模块。电路的每相半桥电路由3个并联的IGBT半桥电路组成，每一个IGBT半桥电路的中间引出端通过均流电 感并联在一路，以提高每一个IGBT半桥单元的动态均流成效。IGBT模块的正负端通过复合母排连接到直流支撑电容的两极上。选用复合母排不但有助
6、于减小IGBT开 关进程产生的过电压，而且还能够降低电磁干扰，提高电路的电磁兼容(EMC)性能。下面简单介绍并联设计中的IGBT管子参数选择方式，因为IGBT是最为重要的器件，成功与否在与那个 管子是不是好使。所有IGBT饱和压降测试工欲善其事，必先利其器！手头上最好要有IGBT参数测试，测试IGBT的饱和压降Vsat。图2 IGBT的饱和压降曲线由于IGBT的特性，若是饱和压降不同过大，会显现正反馈现象。那个地址需要将IGBT的不一致参数尽 可能紧缩小，上图的参数中，测试精度要求为mV级别，最好选择参数一致达到100mV内的管子。测试进程中，需要注意的情形：第一：测试环境温度维持恒定。第二：
7、测试利用脉冲电流，减小IGBT自身热量，减小IGBT自身的温度提高。第三：测试利用自动模式测试，利用测试点频率一致的测试调剂。参考仪器：IGBT-1200A。所有IGBT内建二极管饱和压降测试在利用一样的方式，测试内建二极管饱和压降，他的压降不同会致使静态电流时，显现温度升高不一致的 情形。第一将IGBT的操纵端G和E短路，保证IGBT断开，测试方式在利用测试IGBT饱和压降的方式测 试内建二极管的饱和压降。赛选的阈值设定依旧需要操纵在100mV。参考仪器：IGBT-1200A。所有IGBT内建二极管反向恢复时刻测试内建二极管的速度也是困扰并联的一个重要因素。那个内建二极管或寄生二极管的速度如
8、 何，若是速度快，那就相当beauty 了，可是若是速度慢，那就悲伤了，还需要外接一个大容量， 高速的二极管，麻烦呀，官方给定的资料不够，看不出内建二极管的速度。参考仪器：DI-100二极管反向恢复测试仪，测试那个IGBT的内建二极管速度。测试结果给大伙儿分享一下，如以下图。图4示波器存储的波形图3二极管外形CH1图7二极管反向恢复电流斜率图8二极管反向恢复时刻&V河伽!Mf光标WW0JUS 如 ni标1 &70JUI : i. HuMSOOns lO-Nw-12 1415图5二极管正向导通电流图6二极管反向恢复电流M PftE： e.820iBCURSOR3 倾.Ofti 2J083fiMz
9、 1.2GV综上能够看出实测数据器件标称参数测试反向电压：300V二极管正向导通电流：*10=11.8A二极管反向恢复电流：*10=4.8A二极管反向恢复电流斜率：12A/480nS=25A/uS二极管反向恢复时间：280nS官方数据手册并未给出反相恢复时间曲线和 数值。4.实验结果及分析为测试硬件电路设计的正确性和操纵系统工作的靠得住性及电路在大容量工作下的稳固性，作者搭建了 无功并网实验平台，实验电路如图9所示。预充电接触器职交流断路UAVCW风扇 FAN+PEBB B交流接触器K1Uab电压Ubc电压传感器 传感器图9无功并网实验电路图电路三相电流(Ia、Ib、Ic)及BC相电压(Ubc
10、)如图10所示，三相电流相位互差120，电流峰值535A， 谐波含量少、波形呈明显的正弦曲线；Ib相位超前Ubc相位60，由相电压与线电压相位关系得，Ib相位 超前Ub相位90，为无功并网实验，运行容量250kVA。t/ms5ms/div图10无功并网实验波形无功并网实验说明，电路硬件系统设计合理、操纵系统运行正常、系统重要部件温升均符合工作要求， 电路能够长期稳固地运行在250kVA容量下。5.结语本文在理论研究的基础上，研制出一个额定容量为250kVA的电路。它将中间支撑电容、传感器、IGBT、 驱动单元、散热装置和操纵系统等变流器所需的重要器件集为一体，具有功能独立、结构紧凑、性价比高、 功率品级便于进一步提高等优势。实验结果说明该电路设计合理、运行靠得住、知足各项设计指标、具有很 高的应用和推行价值。本文作者创新点：本文在电路设计进程中，引入了数项创新技术。例如，采纳均流电感法提高并联IGBT 的动态均流成效，且均流电感采纳套磁环的方式设计；正负母排采纳复合母排法设计，大大降低了电路中的 杂散电感；实验方式采纳无功并网法，在保证明验靠得住、有效的情形，大大简化了实验平台，节约了实验 费用。参考文献：1王宝归曾国宏.基于IGBT并联技术的PEBB设计J.
