(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。

桥臂并联：

桥臂并联是一种风险比较低的并联技术；

硬件电路的特征：

（1）两个桥臂的输出首先接到一个均流电抗，然后再将电流汇在一起；

（2）并联的两个IGBT不能共用IGBT驱动器，必须使用各自独立的IGBT驱动器；

（3）驱动器的输入PWM信号必须足够同步的；

IGBT桥臂并联拓扑中的换流回路分析

在IGBT桥臂并联的电路拓扑中，两个桥臂有各自独立的换流回路，这两个桥臂是不会存

在交换电流的情况；

具体地说：

（1）如果在D1续流时开通Q2，则D1发生反向恢复，且反向恢复电流全部流进

Q2，不会跑到Q4去，如下图红线所示；

（2）如果Q2在导通电流，则关断Q2时，电流全部被D1所续流，不会跑到D3

去；

原因就是在两个桥臂之间，存在着L1和L2这两个电抗，这样两个桥臂之间的动态阻抗会比较高，换流的动态过程中的高频电流是不能从一个桥臂跑去另外一个桥臂的，被电抗阻

挡住了。

结论：这种并联方法不存在动态均流的风险。每个桥臂的换流行为独立进行。

以上命题成立有一个很重要的前提，就是L1和L2的数值必须足够大，至少足以阻挡桥臂间的换流行为。

IGBT桥臂并联拓扑中均流电抗的分析：

在IGBT桥臂并联拓扑中，每个桥臂的输出阻抗会决定输出电流有效值的分配情况，在下

图中，均流电抗L1和L2分别归属左桥臂和右桥臂，很显然，桥臂的输出阻抗的主体是均流电抗的感抗，而IGBT桥臂本身的阻抗与感抗相比可以忽略。

所以，决定两桥臂的出力水平（或整体均流水平），主要由均流电抗L1和L2的感量决定。感量偏大，则对应桥臂的输出电流偏小，感量偏小，则对应的桥臂的输出电流偏大。

结论：桥臂的整体均流情况，是由桥臂的均流电抗的感抗的比例决定的。

这种电路中，电抗的制造工艺比较关键，感量的偏差水平将决定桥臂的静态均流水平。电

路均流的风险转移到了电抗上。

IGBT桥臂并联拓扑中驱动信号同步性的分析：

在IGBT桥臂并联拓扑中，要求PWM信号要足够同步，这里“同步”这个概念需要量化。用很具体的方式来描述信号同步的程度。

在这种应用中，同步性要求比较低，不需要达到nS级，有百nS级即可。

如左下图所示，两个光纤发光头被同一个电流点亮，然后将信号传递到INA及INB，我们

可以说这两个信号是“同步”的，但其实发光头，光纤通路，接收头理论上都是存在时间差异的，在最差的情况下应该有几百ns，甚至超过1us的差异。不过在桥臂并联应用中，这是完全可以接受的。工程中可以忽略这个差异。

IGBT桥臂并联拓扑中均流电抗的选取原则：

均流电抗的数值的选取很重要，因为电抗的成本不低，如果感量太大了，成本就会上去，且散热也是问题。因此选均流电抗的原则是：在满足均流性能的前提下，感量尽量低。

（1）均流电抗的感量越大，桥臂间的耦合越弱，越不容易发生环流现象；

（2）桥臂的结构对称性越好，均流电抗感量要求越低；

（3）两桥臂的PWM脉冲同步性越好，均流电抗感量要求越低；

（4）驱动电路一致性越好，（例如门极电压数值），均流电抗感量要求越低；

（5）具体的感量数值的确定比较大程度上需要靠实验，可能的数值会在几uH到几

百的uH的水平，根据应用不同而不同；

IGBT桥臂并联应用的其他实例：

下图分别是Buck电路和Boost电路的实例，都使用了桥臂并联的方式。这两种方式在实际中都比较常见。不过这两种应用中电抗的主要目的不是为了均流，是为了输出电压的纹波水平，所以感量的选取有其他的约束条件。

IGBT并联驱动配置

IGBT驱动器在并联的场合有2种配置方法（LS1，LS2为杂散参数）：

1.“一拖多”，即一个驱动器驱动2个或多个“硬并联”的IGBT，如左下图所示；