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影响并联IGBT不均流的因素

作者:海飞乐技术 时间:2019-06-24 15:32

  由于IGBT自身参数和外部电路设计的不同引起并联电路分流不均,主要有静态不均流和动态不均流两种情况。IGBT的饱和压降VCE(sat)会成为影响静态不均流的主要因素,IGBT开通和关断时间不同也是影响动态不均流的主要因素。
 
  1. 影响静态均流因素分析
  1、饱和压降VCE(sat)对并联电流的影响
  直接并联IGBT电流特性图如图1所示。IC为流过并联IGBT的总电流,IC1、IC2为流过两个IGBT电流;Uo1、Uo2为IGBT的输出电压;UE1、UE2为IGBT发射极电压;UCE(sat)1、UCE(sat)2为IGBT的饱和压降;

直接并联IGBT电流特性图 
图1 直接并联IGBT电流特性图
 
  根据IGBT图1,可以用公式(1)和(2)表示IGBT阻抗的输出特性。
计算公式1~7 
  为了更明显的看出并联IGBT电流不均流程度,设置参数M代表并联电路电流的不平衡率,M的表达式为:
计算公式8~10 
  由公式(9)可以看出影响并联IGBT电流不均衡的因素主要是IGBT通态电阻的大小。通态电阻越大的IGBT,流过集射极电流越小。

  2、工作结温对并联电流的影响
  温度升高会引起IGBT漏电流变大,关断电阻减小,这样会使流过相应支路的电流增加,IGBT承受较大的过电流可能导致器件损坏。
 
  3、线路布局的不对称
  线路布局不对称会使并联支路的等效电阻有一定的差异,其次还会造成每个IGBT电路周围的杂散电感大小不同。杂散电感的不同直接影响IGBT的开通和关断时间,这些因素都会使并联IGBT电流分布不均衡。
 
  2. 影响动态均流因素分析
  1、IGBT传输特性不同对并联电流的影响
  IGBT的栅极电压影响着集电极输出电流IC的大小,电路中如果用阈值电压VGE(th)不同的IGBT组成并联电路,即使栅极电压相同,流过各支路的电流也会有一些差异。同一栅压下,阈值电压低的IGBT会先导通,承受电路中的大部分电流。如果电流过大且超过额定电流值,可能会引起IGBT的损坏,导致整体电路的故障。同时,IGBT的开通、关断时间对并联支路电流的分配也会产生影响。开通时间分为开通延迟时间和上升时间,关断时间分为关断延迟时间和下降时间。每个时间段的时间偏差都会引起流过每个IGBT支路电流分配不均衡。因此,在实际电路应用中应该选取同一厂家、同一型号、同一批次生产出来的IGBT,尽量减少内部工艺上引起的参数特性的不一致。
 
  2、驱动电路栅极电阻不同对并联电流的影响
  驱动电路中栅极电阻的大小控制着IGBT导通时间以及导通功耗。减小栅极电阻能够缩短导通时间和关断延时时间,降低导通功耗。因此栅极电阻不一致一定会对并联电路中电流的动态性能产生影响。假如并联电路中的栅极电阻有差异,栅极电阻较小的IGBT优先得到较大的栅极电压。因此栅极电阻小的IGBT优先导通,就会导致该支路获得较大的集射极电流。当电流大于IGBT承受的额定电流时,会损坏元件。
 
  3、栅极电压VGE不同
  IGBT直接并联时,如果栅极电压不同,会导致栅极电压低的IGBT首先到达“米勒平台”时间,后导通的IGBT的驱动电流被截止。这种情况产生后就会引起开关开通时间的不均衡,从而使整个并联电路电流分配失衡。
 
  4、驱动信号不同步对并联电流的影响
  驱动电路输出栅极驱动信号的不同步也会导致IGBT在开启和关断时的瞬态电流分布不均衡。驱动电路的控制信号需要经过一系列电子元件、导线及栅极电阻的传输后,最终到达IGBT的栅极,这个过程会使栅极驱动信号有一定的时差,使并联IGBT在不同的时间节点开启、关断,先开启或者先关断的IGBT就会承担较大的过电流。




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