雜散電感對高效IGBT逆變器設計的影響

　　小電感和大電感設置的電流波形在時(shí)間戳b的位置交叉。在第一開(kāi)關(guān)階段直到交叉點(diǎn)b，采用大電感設置升高的過(guò)壓會(huì )使損耗增至36.3mJ，而小電感設置的損耗為30.8mJ。不過(guò)，在b點(diǎn)之后，大電感設置會(huì )產(chǎn)生較短的電流拖尾，這樣該階段的損耗會(huì )比小電感設置的損耗低1.8mJ。這一結果主要受電流拖尾降低的影響，即更快速地達到10%的值。

　　隨著(zhù)雜散電感的增大，IGBT的開(kāi)通損耗會(huì )降低，二極管損耗則會(huì )增大(如圖4所示)。圖4顯示了在小電感和大電感條件下二極管恢復特性的對比。

　　圖4：二極管恢復特性：上圖顯示的是針對兩個(gè)電感的損耗/時(shí)間曲線(xiàn)(實(shí)線(xiàn)：L=23nH、虛線(xiàn)：L=100nH)，下圖顯示的是電壓和電流曲線(xiàn)。

　　顯而易見(jiàn)，IGBT降低的di/dt幾乎對二極管換流開(kāi)始階段的損耗沒(méi)有任何影響，因為二極管電壓依然維持在零左右。在反向恢復峰值電流之后，更大雜散電感引起的二極管電壓升高決定并導致了額外的損耗。小電感和大電感設置的二極管拖尾電流中可再次看到交叉點(diǎn)c。更高的過(guò)壓使得c點(diǎn)之前的損耗從10.1mJ增至19.6mJ。與IGBT的情況一樣，增加的動(dòng)態(tài)過(guò)壓會(huì )導致c點(diǎn)之后的拖尾電流降低，大電感設置的損耗平衡將優(yōu)化4.4mJ?？傊?，第一開(kāi)關(guān)階段起主導作用，二極管損耗隨著(zhù)電感的增加從24.6mJ提高至29.7mJ，增幅為20%。

　　表2：對英飛凌IGBT的折衷：在相同雜散電感和軟度條件下的關(guān)斷損耗。

　　實(shí)驗結果的總動(dòng)態(tài)損耗

　　盡管在開(kāi)通過(guò)程中，di/dt與寄生電感的結合可降低IGBT的電壓，但在關(guān)斷過(guò)程中，它將增大IGBT的電壓過(guò)沖。將開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程進(jìn)行左右對比，不難看出，在較大寄生電感時(shí)開(kāi)通損耗的降度遠高于關(guān)斷損耗的增幅。

　　如果考慮到最新溝槽柵場(chǎng)截止IGBT的關(guān)斷di/dt本質(zhì)上受器件動(dòng)態(tài)性能的制約，約為導通di/dt的一半，就可輕松理解這一趨勢。

　　在圖5中，對IGBT開(kāi)通損耗、關(guān)斷損耗以及二極管換流損耗與三款I(lǐng)GBT的寄生直流母線(xiàn)雜散電感進(jìn)行了對比。

　　圖5：開(kāi)關(guān)損耗作為雜散電感Ls的函數，電感的增大將降低IGBT的開(kāi)通損耗(左圖);IGBT的關(guān)斷損耗(右圖)和續流二極管關(guān)斷損耗會(huì )隨著(zhù)電感的增大而升高。