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>>>公 司 新 闻 / 驱动回路在IGBT模块的并联时设计方案
 

 

随着市场对兆瓦级大功率变流器的需求与日俱增,IGBT并联方案目前已成为一种趋势。这主要源于IGBT并联能够提供更高电流密度、均匀热分布、灵活布局以及较高性价比(这取决于器件及类型)等优势。
    一、并联IGBT之间静态与动态性能的差异会影响均流,使得有效目标输出电流不得不被降额。通常,降额系数是根据最差的并联情况进行假定,但这种假设在实际应用中并不合理,且被过高估计,这也会增加客户设计成本。从统计角度方面,差异性很大的模块并联概率是很小的,且IGBT参数之间偏离可以忽略。从均流角度方面,并联设计好坏对降额起关键性的作用,且远大于IGBT自身参数差异性所引起的问题。因此,并联应重点考虑如何通过设计确保均流,而不是把重心放在模块参数偏离所造成的影响。表一为说明哪些因素会引起均流的差异。并联设
计将集中在这些因素上面以优化驱动回路、功率换流回路、模块布局以及冷却条件等, 其目的是确保每个并联支路尽可能实现对称。
二、 驱动回路
1、 设计方案
  栅极驱动回路设计对于并联应用实现动态均流起到至关重要的作用。如图一所示为通常较多采用简单的、性价比高的单个驱动器方案,容易实现较好的动态均流。有时直接在每个并联的模块上安装具有峰值电流放大功能的有源适配器板,这样将尽可能地靠近IGBT的辅助端子,达到降低驱动回路寄生电感以及完美对称性的目的。这种方案降低了驱动回路之间的传输延时差,容易使并联IGBT之间的栅极电压同步,实现最佳的动态均流。而且有源适配板的采用可以降低驱动核的电流密度,加速并联IGBT的开通过程,也容易实现用小电流、低成本的驱动器实现
并联。
    图二为另一个驱动器方案,每个IGBT分别由各自的驱动核和驱动回路实现并联驱动。这个相对于单驱动器而言,略显复杂、成本也高。可采用低峰值电流的标准驱动器,易实现短距离连接。不过,不同驱动器之间的传播延时不匹配是影响动态均流的主要因素,也比较难以控制。
2、 连接电缆
  图三为驱动回路寄生电感的分布情况。有时,由于安装空间和位置的限制,必须将连接电缆缠绕起来或走很远距离,这都会导致较大的回路寄生电感,引起IGBT开关过程变慢,也导制开关过程损耗增加。在一些特定开关条件下IGBT模块的寄生电容和等效寄生电感可能造成栅极严重振荡问题,近而可能导致栅极过电压。在通常情况下,电缆长度或栅极驱动器环路PCB走线的差别可能会导致并联IGBT动态电流出现不平衡。图四为在不同电缆长度条件下(蓝色:10厘米;绿色:25厘米 )的开关过程,其中连接电缆较短的IGBT开关速度较快,引起瞬间开通电流偏大,相反电缆很长的IGBT关断过程也较慢,引起瞬间关断电流偏大。因此,关联IGBT驱动所用的连接电缆一定要用相同长。
3 均衡措施
  合理的驱动回路布局和设计可以获得出更好的并联性能。
建议以下设计准则: 
①  使驱动栅极与IGBT之间的驱动回路具有最小的环路面积,以期较低的寄生电感。
②  驱动输出与IGBT栅极之间的双绞线或扁平连接电缆应尽可能短地实现对称连接。
③  避开将驱动回路 PCB 引线或连接电缆的布局或安装处于由于IGBT开关所产生电位变化的位置上。
④  可加装屏蔽层。

 





 

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