雜散電感對高效IGBT逆變器設計的影響

IGBT技術(shù)不能落后于應用要求。因此，英飛凌推出了最新一代的IGBT芯片以滿(mǎn)足具體應用的需求。與目前逆變器設計應用功率或各自額定電流水平相關(guān)的開(kāi)關(guān)速度和軟度要求是推動(dòng)這些不同型號器件優(yōu)化的主要動(dòng)力。這些型號包括具備快速開(kāi)關(guān)特性的T4芯片、具備軟開(kāi)關(guān)特性的P4芯片和開(kāi)關(guān)速度介于T4和P4之間的E4芯片。

　　表1簡(jiǎn)單介紹了IGBT的3個(gè)折衷點(diǎn)，并對相應的電流范圍給出了建議。

　　表1：英飛凌1200V IGBT簡(jiǎn)介。

　　IGBT和二極管的動(dòng)態(tài)損耗

　　為研究和比較這三款不同芯片在雜散電感從23nH到100nH時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗和軟度，我們選用了一種接近最優(yōu)化使用T4芯片的合理限值的模塊。因此，選擇一個(gè)采用常見(jiàn)的62mm封裝300A半橋配置作為平臺，而模塊則分別搭載了這三款I(lǐng)GBT芯片。

　　這三個(gè)模塊都采用了相同的高效發(fā)射極控制二極管和柵極驅動(dòng)設置。圖1為實(shí)驗設置。

　　圖1：測試設置：為測試續流二極管的反向恢復特性，驅動(dòng)高壓側IGBT，并將負載電感改為與低壓側二極管并聯(lián)。

　　圖2顯示了兩個(gè)不同雜散電感對配備IGBT-T4的300A半橋的開(kāi)通波形的影響。

　　圖2：T4的開(kāi)通特性：上圖顯示的是針對兩個(gè)電感(Ls=23nH和Ls=100nH)的損耗/時(shí)間曲線(xiàn);下圖顯示的是電壓和電流曲線(xiàn)。

　　當電流升高后，更高的雜散電感Ls不僅可以增大器件端子的電感壓降(Δu=-L*di/dt)，而且還能影響電流上升速度di/dt本身。盡管寄生電感使導通速度減緩，但導通損耗卻大幅降低。

　　在該示例中，初始開(kāi)關(guān)階段的損耗(見(jiàn)圖2中的時(shí)間戳a)隨著(zhù)雜散電感的增大由30.4mW降至12mW。

　　開(kāi)關(guān)事件第二階段的特點(diǎn)是二極管出現反向恢復電流峰值以及IGBT電壓進(jìn)一步下降。寄生電感的增大會(huì )導致反向恢復電流峰值的延遲，以及第二階段開(kāi)關(guān)損耗的提高。

　　因此，就整個(gè)開(kāi)關(guān)事件而言，寄生電感的增大可大幅降低開(kāi)通損耗。在本例中，損耗由40mW降低至23.2mW。

　　眾所周知，雖然在開(kāi)通過(guò)程中di/dt可降低IGBT的電壓，但在關(guān)斷過(guò)程中它也會(huì )增大IGBT的電壓過(guò)沖。因此，直流母線(xiàn)電感的增加會(huì )增大關(guān)斷損耗。如圖3所示，關(guān)斷的開(kāi)關(guān)事件可分為兩個(gè)階段。

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