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影響并聯IGBT不均流的因素

作者:海飛樂技術 時間:2019-06-24 15:32

  由于IGBT自身參數和外部電路設計的不同引起并聯電路分流不均,主要有靜態不均流和動態不均流兩種情況。IGBT的飽和壓降VCE(sat)會成為影響靜態不均流的主要因素,IGBT開通和關斷時間不同也是影響動態不均流的主要因素。
 
  1. 影響靜態均流因素分析
  1、飽和壓降VCE(sat)對并聯電流的影響
  直接并聯IGBT電流特性圖如圖1所示。IC為流過并聯IGBT的總電流,IC1、IC2為流過兩個IGBT電流;Uo1、Uo2為IGBT的輸出電壓;UE1、UE2為IGBT發射極電壓;UCE(sat)1、UCE(sat)2為IGBT的飽和壓降;

直接并聯IGBT電流特性圖 
圖1 直接并聯IGBT電流特性圖
 
  根據IGBT圖1,可以用公式(1)和(2)表示IGBT阻抗的輸出特性。
計算公式1~7 
  為了更明顯的看出并聯IGBT電流不均流程度,設置參數M代表并聯電路電流的不平衡率,M的表達式為:
計算公式8~10 
  由公式(9)可以看出影響并聯IGBT電流不均衡的因素主要是IGBT通態電阻的大小。通態電阻越大的IGBT,流過集射極電流越小。

  2、工作結溫對并聯電流的影響
  溫度升高會引起IGBT漏電流變大,關斷電阻減小,這樣會使流過相應支路的電流增加,IGBT承受較大的過電流可能導致器件損壞。
 
  3、線路布局的不對稱
  線路布局不對稱會使并聯支路的等效電阻有一定的差異,其次還會造成每個IGBT電路周圍的雜散電感大小不同。雜散電感的不同直接影響IGBT的開通和關斷時間,這些因素都會使并聯IGBT電流分布不均衡。
 
  2. 影響動態均流因素分析
  1、IGBT傳輸特性不同對并聯電流的影響
  IGBT的柵極電壓影響著集電極輸出電流IC的大小,電路中如果用閾值電壓VGE(th)不同的IGBT組成并聯電路,即使柵極電壓相同,流過各支路的電流也會有一些差異。同一柵壓下,閾值電壓低的IGBT會先導通,承受電路中的大部分電流。如果電流過大且超過額定電流值,可能會引起IGBT的損壞,導致整體電路的故障。同時,IGBT的開通、關斷時間對并聯支路電流的分配也會產生影響。開通時間分為開通延遲時間和上升時間,關斷時間分為關斷延遲時間和下降時間。每個時間段的時間偏差都會引起流過每個IGBT支路電流分配不均衡。因此,在實際電路應用中應該選取同一廠家、同一型號、同一批次生產出來的IGBT,盡量減少內部工藝上引起的參數特性的不一致。
 
  2、驅動電路柵極電阻不同對并聯電流的影響
  驅動電路中柵極電阻的大小控制著IGBT導通時間以及導通功耗。減小柵極電阻能夠縮短導通時間和關斷延時時間,降低導通功耗。因此柵極電阻不一致一定會對并聯電路中電流的動態性能產生影響。假如并聯電路中的柵極電阻有差異,柵極電阻較小的IGBT優先得到較大的柵極電壓。因此柵極電阻小的IGBT優先導通,就會導致該支路獲得較大的集射極電流。當電流大于IGBT承受的額定電流時,會損壞元件。
 
  3、柵極電壓VGE不同
  IGBT直接并聯時,如果柵極電壓不同,會導致柵極電壓低的IGBT首先到達“米勒平臺”時間,后導通的IGBT的驅動電流被截止。這種情況產生后就會引起開關開通時間的不均衡,從而使整個并聯電路電流分配失衡。
 
  4、驅動信號不同步對并聯電流的影響
  驅動電路輸出柵極驅動信號的不同步也會導致IGBT在開啟和關斷時的瞬態電流分布不均衡。驅動電路的控制信號需要經過一系列電子元件、導線及柵極電阻的傳輸后,最終到達IGBT的柵極,這個過程會使柵極驅動信號有一定的時差,使并聯IGBT在不同的時間節點開啟、關斷,先開啟或者先關斷的IGBT就會承擔較大的過電流。




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