文章列表
联系我们 产品咨询

联系人:吴海丽
电话:0755-2349 0212
手机:157-1205-5037
邮箱:tel-sherry@foxmail.com
地址:广东省深圳市龙华新区民治街道向南四区松花大厦
点击这里给我发消息

大功率IGBT并联驱动电路设计

作者:海飞乐技术 时间:2018-06-12 17:48

  随着工业的发展,对于IGBT的电压等级和电流等级的要求也越来越高。目前国内外市场上IGBT电压等级最高为6500V,电流等级最大到3600A。对于中小功率应用场合,完全可以采用较高电压等级和较大电流等级的IGBT来满足对系统更高的要求,通常1700V和1000A的IGBT就可以满足要求,而且市场供应量充足,价格适中。但在高压大功率场合,若对IGBT的电压和电流要求接近市场上的较大值时,如6500V的IGBT,价格昂贵,且国外对中国有出口限制(不能用于军事用途),此时就要考虑采用IGBT并联和串联扩容。由于IGBT的特性依赖于其结构和工艺参数,lGBT并联和串联时存在静态和动态不均流和不均压,除了选择参数一致的IGBT??橥?,通过设计适当的驱动电路也是解决IGBT并联和串联存在的问题的有效途径。
 
  1. IGBT并联静态均流的研究
  当两个及以上IGBT并联时,由于??椴灰恢碌木蔡投匦曰岬贾碌缌鞣峙洳痪?。在IGBT处于稳态运行时,影响均流的因素主要是IGBT的输出特性。如图1所示,两个输出特性不一致的IGBT并联运行时,饱和导通压降VCEsat低的管子会分担更多的电流。

图1 IGBT??槭涑鎏匦员冉? src= 
图1 IGBT??槭涑鎏匦员冉?/span>
 
  图中,V01,V02-Q1,Q2的集电极电流为零时对应的集射极电压ΔV1,ΔV2-电流为IC1,IC1时对应的两管通态电压变化量。
  Q1,Q2的输出特性可近似描述为:
算式5.1及算式5.2 
 
  Q1,Q2并联,有:
算式5.3~算式5.6 
 
  由此可见,当V01~V02时,IGBT的通态电阻(即输出特性斜率的倒数VCE/IC)是影响电流不均衡的主要因素。因此为了实现静态均流,应选择饱和压降一致的IGBT???。
图2 仿真电路图 
图2 仿真电路图
 
 针对IGBT输出特性对静态均流的影响做仿真,IGBT??檠≡袢釩M600HA-24H,额定电流600A,额定电压1200V,饱和压降2.5V。同时选择CM600HA-28H???,额定电流600A,额定电压1400V,饱和压降3.1V。负载0.8欧,直流电压800V,稳态负载电流为1000A。仿真电路如图2所示。

  静态均流仿真波形如图3所示。
图3 并联静态均流仿真波形 
图3 并联静态均流仿真波形
 
  稳态时两个管子每个应分担500A电流,但由仿真结果可以看出,饱和压降较低的CM600HA-24H在稳态时承担电流约630A,饱和压降较高的CM600HA-28H在稳态时承担电流约370A。

  由于饱和压降对并联器件均流的影响,在实际应用中,针对两个饱和压降不一致的器件并联时,应采用降低容量的方法。定义电流降容系数δ
算式5.7 
 
  式中,Ir--并联??槭导誓芴峁┑淖艿亩疃ǖ缌?br />         IM--单个??榈淖畲蠖疃ǖ缌?br />         N--并联??榈氖?br />   由式(5.7)得:
算式5.8 
 
  因此如果知道并联的降容系数,就可以得到所能提供的总电流,从而确定选择的IGBT??榈缌魇欠穹鲜涑鲆?。如果求的总电流小于实际所需的输出电流,则应选择更大容量的IGBT???。

  一般来说,对于不同电压等级可以参照如下比例降容:
1200V器件:降容15%
1700V器件:降容20%

 
  以上降容系数不是绝对的,还与器件散热、电路设计有关,如果散热做的好,降容系数可以更低,甚至不降容,同样可以输出所需的总电流;如果散热条件不佳,可以把降容系数选的更大。
 
  2. IGBT并联动态均流的研究
  IGBT 的转移特性、开启电压的不一致均会带来动态不均流,同时驱动信号不一致以及栅极驱动电路的输出阻抗特性对于IGBT并联动态均流的影响最大。

  图4所示为不同转移特性的并联lGBT??楸冉???杉?,转移特性斜率较大的IGBT??樵诓⒘背惺艿牡缌鹘洗?。
图4 并联??樽铺匦员冉贤? src= 
图4 并联??樽铺匦员冉贤?/span>
 
  并联IGBT驱动信号不一致时,会出现IGBT开关过程不一致,很容易出现并联动态不均流。图5所示为IGBT并联驱动器常用的连接方式。图5(a)采用一个驱动器驱动三个并联的lGBT,可以保证驱动信号一致,但这种方式要求驱动器必续有足够的驱动功率;图5(b)采用三个相同的驱动器分別驱动三个并联的lGBT,这种方式对驱动功率要求降低了,但对于驱动器输出驱动信号一致性的要求更高;图5(c)采用的是主从式并联驱动方式,其中主驱动器驱动一个IGBT???,同时主驱动器给两个从驱动器传输PWM信号,这种连接方式对于主从驱动器信号传输一致性的要求也较高。
图5  IGBT并联驱动器连接方式 
图5  IGBT并联驱动器连接方式
 
  lGBT并联时,由于各支路阻抗特性不一致导致其充放电时间不一致,会导致各并联支路动态的不均衡。因此栅极驱动电路的输出阻抗特性对于IGBT并联动态均流有很大影响。

  图2中,把Rg1变为4欧,Rg仍为2欧,仿真波形如图6所示。由波形可以看出,栅极电阻较小的IGBT在开通阶段,由于其开通过快,分担的电流较大;在关断阶段,又因其关断过快,使得栅极电阻较大的IGBT分担较大的电流。
图6 仿真波形图 
图6 仿真波形图
 
  3. IGBT井联均流的方法
  为了更好的实现IGBT并联均流,下面依次从??檠≡?、驱动栅极电阻、专用集成驱动器选择、器件降容、电路布线等五个方面说明解决IGBT并联应采取的方法。
  (1)??檠≡?。IGBT??槟诓坎问笆涑?、转移特性不一致时容易导致静态动态不均流。因此在选择IGBT并联时,最好选择同一型号同一批次的IGBT,以保证管子的参数和特性一致,保证并联均流。
  (2)驱动栅极电阻。驱动输出阻抗特性对于IGBT并联均流有很大影响。为了避免寄生振荡,一般并联??榈母髦酚Ψ直鹗褂玫ザ赖恼ぜ缱?,并保证栅极电阻阻值一致。
  (3)??榈那欢ㄒ龅酵揭恢?,最好选用驱动能力强的驱动器,用同一驱动信号同时驱动并联???。
  (4)器件降容,通过器件的降容率,可以得到并联??槭涑龅淖艿缌?,进而选择合适的IGBT???。即使在??椴问灰恢碌那榭鱿?,仍可以满足输出电流容量的要求。
  (5)IGBT并联布线应遵照以下几点原则来进行:电路布局要尽量做到对称,驱动电路??榈恼ぜ?发射极间引线要尽量短,并且应采用双绞线,使回路的等效阻抗一致。主回路中的元件布局和引线位置应对称,引线长短一致,并且尽量短。接线应采用截面积较大的铜排,各??橛ζ叫蟹胖?,引线尽量靠近一致,以减小回路中寄生电感及不平衡性。CE间引线也应该从并联??榈闹屑湟?,且不能与直流进线平行,以避免干扰。
  (6)针对栅极串联电阻,各支路要分别接相同阻值的电阻,且可以采用如图7的方法:将 
2/3RG的阻值接在栅极,而1/3RG阻值的电阻接在发射极上,这样有利于并联运行的均流。
图7 并联驱动电路示意图          
图7 并联驱动电路示意图



上一篇:几款典型大功率IGBT驱动电路应用
下一篇:有源滤波器IGBT驱动电路设计及性能分析

欧洲杯买球app