功率回路杂散电感对IGBT并联均流的影响
发布时间：2021-03-25 08:02
母排设计时,为了减小绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的关断瞬态电压尖峰,通常会将功率回路杂散电感设计的尽可能小,但回路杂散电感的大小也会对IGBT的并联动态均流产生影响。针对此问题,首先建立了功率回路杂散电感影响不均流度的数学模型,找到不均流的影响因素;然后,以IGBT物理模型结合Simulink仿真平台分析了回路杂散电感对并联均流的影响趋势;最终,通过双脉冲测试进行了验证,结果表明在该测试平台中,回路杂散电感减小2倍,最大会增加约10%的不均流度。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(04)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１?ＩＧＢＴ模块并联双脉冲测试原理图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ?ｐｕｌｓｅ?ｔｅｓｔ?ｏｆ?ＩＧＢＴ?ｍｏｄｕｌｅ??
理特性和端口电气特性，并适用??于开关瞬态特性仿真，故此处采用文献［５］己经验??证的大功率ＩＧＢＴ物理模型搭建３管并联的双脉??冲仿真电路，仿真参数设置：Ｃ＝１．２ｍＦ，Ｌｃ＝１１７ｎＨ，??ｉＬ＝０．０８５?ｍＨ，ｉｓ?为?１００￣?１８０?ｎＨ，［４＝１．５?ｋＶ，ＩＧＢＴ??结温７＞＝３００?Ｋ。选取电流尖峰处的不均流度进行??计算，此时将式（４）中的并联支路电感平均值（Ｌ，＋??１２）／２转化为（ｉ１＋ｉ２＋Ｌ３）／３（即６０?ｎＨ），对计算结??果进行三维曲面拟合，如图２所示。??３４??图２关系曲线??Ｆｉｇ．?２?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｃｕｒｖｅ??由图２可知，在（ｉ，＋Ｌ２＋ｉ３）／３不变的情况下，??４不变时，随着ＡＬ的增大，Ａ增大；当ＡＬ不变??时，随着Ｌｓ的减小Ｊ增大。因此，当回路杂散电感??较大时，一方面会影响ＩＧＢＴ的开关速度，使得集??电极电流上升率减小；另一方面会使得二极管的??反向恢复电流尖峰减校通过影响这两个因素，Ｌｓ??对ｉｆｃ产生影响，但对电流上升率的影响更大一些，??这导致不均流度与回路杂散电感呈负相关关系。??３．２?实验验证??为对“与＆的关系进行实验验证，采用３只??３．３?ｋＶ／１?５００?Ａ大功率ＩＧＢＴ模块在某型不对称??母排上进行双脉冲测试。母排结构如图３所示，??Ｓ＋，Ｓ－分别为直流电容的接线端，Ｖｏｕｔ为负载输??出端子。该母排可以同时实现４只ＩＧＢＴ模块并联??的双脉冲测试。??ｓ－?１?２?４?＇??ＩＧＢＴ?１?２?３?４??Ｄｉｏｄｅ?１?２?３?４??图３某型不对称母排结构图??Ｆｉｇ．?３?Ｓｔｒｕｃｔｕ
Ｌ的增大，Ａ增大；当ＡＬ不变??时，随着Ｌｓ的减小Ｊ增大。因此，当回路杂散电感??较大时，一方面会影响ＩＧＢＴ的开关速度，使得集??电极电流上升率减小；另一方面会使得二极管的??反向恢复电流尖峰减校通过影响这两个因素，Ｌｓ??对ｉｆｃ产生影响，但对电流上升率的影响更大一些，??这导致不均流度与回路杂散电感呈负相关关系。??３．２?实验验证??为对“与＆的关系进行实验验证，采用３只??３．３?ｋＶ／１?５００?Ａ大功率ＩＧＢＴ模块在某型不对称??母排上进行双脉冲测试。母排结构如图３所示，??Ｓ＋，Ｓ－分别为直流电容的接线端，Ｖｏｕｔ为负载输??出端子。该母排可以同时实现４只ＩＧＢＴ模块并联??的双脉冲测试。??ｓ－?１?２?４?＇??ＩＧＢＴ?１?２?３?４??Ｄｉｏｄｅ?１?２?３?４??图３某型不对称母排结构图??Ｆｉｇ．?３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｆｏｒ?ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?ｂｕｓ?ｂａｒ??实验测试时，选用最左边的电源端子ｓ＋＿ｉ和??Ｓ－＿ｌ连接１．２?ｍＦ直流电容，３只ＩＧＢＴ模块分别??置于１，２，４位置，充当二极管的ＩＧＢＴ模块和负??载输出端子均置于１，采用０．０８５?ｍＨ电感作为负??载，在室温下，采用罗氏线圈和高压差分探头对并??联ＩＧＢＴ模块的电压、电流数据进行采集。??为了研宄回路杂散电感对并联均流的影响，??在电源端子正极Ｓ＋＿ｌ与直流电容之间引入长??３５０?ｍｍ，导体直径２?ｍｍ的铜导线，与不加导线的??连接方式进行对比，即可验证回路杂散电感与不??均流度之间的关系（根据实际尺寸建立导线和母排??的ＣＡＤ模型，通过Ｑ３Ｄ软件
【参考文献】：
期刊论文
[1]功率二极管反向恢复特性的建模[J]. 袁义生,钟青峰,邱志卓,姬鹏远. 中国电机工程学报. 2018(17)
[2]针对高压IGBT的改进瞬态模型[J]. 普靖,罗毅飞,肖飞,刘宾礼. 高电压技术. 2018(02)
[3]母排杂散电感对IGBT模块功率端子不均流影响[J]. 张经纬,程植,谭国俊. 电力电子技术. 2017(07)
本文编号：3099356
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(04)北大核心CSCD
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图１?ＩＧＢＴ模块并联双脉冲测试原理图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ?ｐｕｌｓｅ?ｔｅｓｔ?ｏｆ?ＩＧＢＴ?ｍｏｄｕｌｅ??
理特性和端口电气特性，并适用??于开关瞬态特性仿真，故此处采用文献［５］己经验??证的大功率ＩＧＢＴ物理模型搭建３管并联的双脉??冲仿真电路，仿真参数设置：Ｃ＝１．２ｍＦ，Ｌｃ＝１１７ｎＨ，??ｉＬ＝０．０８５?ｍＨ，ｉｓ?为?１００￣?１８０?ｎＨ，［４＝１．５?ｋＶ，ＩＧＢＴ??结温７＞＝３００?Ｋ。选取电流尖峰处的不均流度进行??计算，此时将式（４）中的并联支路电感平均值（Ｌ，＋??１２）／２转化为（ｉ１＋ｉ２＋Ｌ３）／３（即６０?ｎＨ），对计算结??果进行三维曲面拟合，如图２所示。??３４??图２关系曲线??Ｆｉｇ．?２?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｃｕｒｖｅ??由图２可知，在（ｉ，＋Ｌ２＋ｉ３）／３不变的情况下，??４不变时，随着ＡＬ的增大，Ａ增大；当ＡＬ不变??时，随着Ｌｓ的减小Ｊ增大。因此，当回路杂散电感??较大时，一方面会影响ＩＧＢＴ的开关速度，使得集??电极电流上升率减小；另一方面会使得二极管的??反向恢复电流尖峰减校通过影响这两个因素，Ｌｓ??对ｉｆｃ产生影响，但对电流上升率的影响更大一些，??这导致不均流度与回路杂散电感呈负相关关系。??３．２?实验验证??为对“与＆的关系进行实验验证，采用３只??３．３?ｋＶ／１?５００?Ａ大功率ＩＧＢＴ模块在某型不对称??母排上进行双脉冲测试。母排结构如图３所示，??Ｓ＋，Ｓ－分别为直流电容的接线端，Ｖｏｕｔ为负载输??出端子。该母排可以同时实现４只ＩＧＢＴ模块并联??的双脉冲测试。??ｓ－?１?２?４?＇??ＩＧＢＴ?１?２?３?４??Ｄｉｏｄｅ?１?２?３?４??图３某型不对称母排结构图??Ｆｉｇ．?３?Ｓｔｒｕｃｔｕ
Ｌ的增大，Ａ增大；当ＡＬ不变??时，随着Ｌｓ的减小Ｊ增大。因此，当回路杂散电感??较大时，一方面会影响ＩＧＢＴ的开关速度，使得集??电极电流上升率减小；另一方面会使得二极管的??反向恢复电流尖峰减校通过影响这两个因素，Ｌｓ??对ｉｆｃ产生影响，但对电流上升率的影响更大一些，??这导致不均流度与回路杂散电感呈负相关关系。??３．２?实验验证??为对“与＆的关系进行实验验证，采用３只??３．３?ｋＶ／１?５００?Ａ大功率ＩＧＢＴ模块在某型不对称??母排上进行双脉冲测试。母排结构如图３所示，??Ｓ＋，Ｓ－分别为直流电容的接线端，Ｖｏｕｔ为负载输??出端子。该母排可以同时实现４只ＩＧＢＴ模块并联??的双脉冲测试。??ｓ－?１?２?４?＇??ＩＧＢＴ?１?２?３?４??Ｄｉｏｄｅ?１?２?３?４??图３某型不对称母排结构图??Ｆｉｇ．?３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｄｉａｇｒａｍ?ｆｏｒ?ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ?ｂｕｓ?ｂａｒ??实验测试时，选用最左边的电源端子ｓ＋＿ｉ和??Ｓ－＿ｌ连接１．２?ｍＦ直流电容，３只ＩＧＢＴ模块分别??置于１，２，４位置，充当二极管的ＩＧＢＴ模块和负??载输出端子均置于１，采用０．０８５?ｍＨ电感作为负??载，在室温下，采用罗氏线圈和高压差分探头对并??联ＩＧＢＴ模块的电压、电流数据进行采集。??为了研宄回路杂散电感对并联均流的影响，??在电源端子正极Ｓ＋＿ｌ与直流电容之间引入长??３５０?ｍｍ，导体直径２?ｍｍ的铜导线，与不加导线的??连接方式进行对比，即可验证回路杂散电感与不??均流度之间的关系（根据实际尺寸建立导线和母排??的ＣＡＤ模型，通过Ｑ３Ｄ软件
【参考文献】：
期刊论文
[1]功率二极管反向恢复特性的建模[J]. 袁义生,钟青峰,邱志卓,姬鹏远. 中国电机工程学报. 2018(17)
[2]针对高压IGBT的改进瞬态模型[J]. 普靖,罗毅飞,肖飞,刘宾礼. 高电压技术. 2018(02)
[3]母排杂散电感对IGBT模块功率端子不均流影响[J]. 张经纬,程植,谭国俊. 电力电子技术. 2017(07)
本文编号：3099356
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