PDF《富士电机》

MT5F35464 富士电机 Fuji Electric ? Fuji Electric Co.

, Ltd. All rights reserved. 10-1 1. 稳态时的电流不均衡 10-2 2. 动态时的电流不均衡 10-6 3. 门极驱动电路 10-7 4. 并联时接线案例 10-8 5. 散热器 10-8 第10章IGBT 模块并联应用 MT5F35464 富士电机 Fuji Electric 1. 稳态时的电流不均衡 ? Fuji Electric Co., Ltd. All rights reserved. IGBT在导通状态下电流不均衡的原因主要有以下2种. (1) VCE(sat) 的不均性 (2) 主电路配线电阻的不均性 1.1 VCE(sat) 的不均性造成电流的不均衡 因并列连接的IGBT的VCE(sat) 的不均,造成输出特性的差异.由此在导通的稳态状态下会产生电流不 均衡.如图10-1展示了不同的VCE(sat) 的IGBT的输出特性.另外,图10-1是模块并联数为2时的图示. 图10-1中的Q1 和Q2 的输出特性可近似成以下公式. 本章中对IGBT并联连接时的注意事项进行说明. IGBT模块作为逆变电路使用时,会有为了增大通电电流能力而对IGBT模块进行并列连接使用的情况. 这种情况下,虽然对IGBT模块的并联数并没有特别的限制,随着设备体积的变大,需要考虑配线变长而 导致风险增加(噪音以及浪涌电压的增加). IGBT并列连接的情况的基本注意点分为以下4点. (1) 稳态时的电流不均衡抑制 (2) 动态时的电流不均衡抑制 (3) 门极驱动电路 (4) 严格遵守各水套内的水温,流量,压力的规格 10-2 Fig. 10-1 VCE(sat) 的组合实例 ?CEQ1 = ?01 + ?1 * ?C1 ?1 = ?1/(?C1 ? ?C2) ?CEQ2 = ?02 + ?2 * ?C2 ?2 = ?2/(?C1 ? ?C2) ?C1 = (?02 ? ?01 + ?2 * ?Ctotal)/(r1+r2) ?C2 = (?01 ? ?02 + ?1 * ?Ctotal)/(r1+r2) 因此,Q1+Q2 的并联连接电路中流过 Ictotal (=IC1 +IC2)的集电极电流时Q1 和Q2 的电 压必须一样,其中流过各IGBT的集电极电流 可以通过以下公式求出. 假设上式中V01 =V02 ,对Q1 来说流过的电流是Q2 流过的电流的r2 /r1 倍.从图10-1可以知道, 当r2 >r1 的时, Q1 的分担到的电流会变大.像这样如果存在VCE(sat) 的不均,VCE(sat) 低的IGBT分担到的电流会 变大. 因此,为了得到良好的电流分配,需要将VCE(sat) 不均性小的元件组合起来.另外,使用同一个产品批 次号的IGBT模块的组合会使VCE(sat) 的不均性最小.这是为了使由于工艺原因产生的影响最小化.因此 进行并列连接时,推荐使用相同产品批次号的模块. IC2 IC1 Q1 Q2 I C (A) IC1 IC2 V1 V2 V01 V02 VCE(sat) (V) MT5F35464 富士电机 Fuji Electric ? Fuji Electric Co., Ltd. All rights reserved. 1.2 因主电路配线的阻抗不均衡导致的电流不均衡发生 10-3 Fig. 10-2 主电路配线电阻部分等效电路图 生变化,集电极电流减少. 像这样发射极的阻抗的不均会导致IGBT上施加的门极-发射极间电压变小以及电流不均衡等情况的发 生.因此,为了降低这种的影响,发射极侧的配线要尽可能的短,并且分别均等化. 1.3 输出特性的结温特性和电流不均衡 Fig. 10-3 输出特性比较 输出特性的温度特性会随着其变化对电流不 均衡有很大的影响.这里把VCE(sat) 随着结温 的上升而变高定义为正温度特性,反之变低则 定义为负温度特性.图10-3中表示正负温度特 性的100A产品的输出特性.输出特性的温度 特性是正的情况下,结温如果上升相同VCE 下 集电极电流会减小. 正如本章节1.1所说的并列连接时VCE(sat) 小的IGBT会分担到更大的电流.因此,稳态损 耗是VCE(sat) 小的较大,结温也比另一方上升 更多.由此正温度特性的IGBT会因为温度的 上升导致与另一方VCE(sat) 大的IGBT取得平衡. 负温度特性的IGBT的电流不均衡性则会向相 反的方向变化,因此并联运行时对电流分担必 须做好充分的设计.像这样输出特性是正温度特性的IGBT相比负温度特性更加适合并联运行,因此推荐 并列连接时选用温度特性是正的IGBT.关于输出特性的温度关系的详情,请参考IGBT模块的规格书. Tvj =25℃ Tvj =125℃ Collector to Emitter voltage (V) Collector current (A) Positive Negative IC1 IC2 Q1 Q2 RE1 RE2 VE1 VE2 图10-2中展现了2并联时的主电路配线电阻部 分的等效电路图.与集电极侧的电阻部分比较, 发射极侧的电阻部分上的这种影响更大.因此, 图10-2对集电极侧的电阻部分予以省略后考虑. 如图10-2所示,发射极侧的主电路配线有电 阻时,由于IGBT的输出特性斜率变得等效性平 缓,在相同的VCE 下与无电阻的情况相比较, 集电极电流减少.同时该电阻越大,输出特性 的倾向趋势越平缓,集电极电流越小. 图10-2中假设RE1>RE2,则IC1