通過(guò)對耦合電流路徑改造提升IGBT可靠性

隨著(zhù)大功率與特種電源逐漸在市場(chǎng)上盛行，IGBT技術(shù)也隨著(zhù)時(shí)間的推移越加成熟。IGBT的可靠性很大程度上決定的了大功率電源的性能，因此人們總是想通過(guò)各種方法來(lái)提高IGBT的效率。當然，IGBT可靠性的提升方法不止一種，本文就將為大家介紹通過(guò)耦合電流路徑方式來(lái)進(jìn)行可靠性提高的方法。

大型設備的電磁兼容控制和板級電路有很大不同。由于空間尺度更大，所以電磁耦合變得比較突出，異地電勢差也比較大。一個(gè)比較典型的問(wèn)題就是連接控制板和驅動(dòng)器之間的線(xiàn)纜。

一方面，與各種干擾源共處于同一個(gè)屏蔽體內，并且長(cháng)度往往也比較長(cháng)，這就難免通過(guò)空間電磁耦合產(chǎn)生差模干擾。雖然有各種應對辦法，但是一般都存在一些局限性不一定能達到期待的效果。

常見(jiàn)的有兩種情況，第一種是采用提高電壓閾值的方法對抗干擾。但是這需要在控制板內配置相應的轉換電路，以便能輸出高壓的控制信號。這就使結構復雜化。而且這種做法并不能很好地解決信號傳輸的可靠性問(wèn)題。因為耦合進(jìn)來(lái)的電壓信號幅度與信號閉合環(huán)路構建的曲面面積成比例。也就是近似和線(xiàn)長(cháng)成比例。那么當信號閾值增加的比例沒(méi)有超過(guò)線(xiàn)纜增長(cháng)的比例時(shí)，就不會(huì )有什么優(yōu)化可言了。

第二種是通過(guò)降低信號接收端的阻抗，和提高信號輸出端的驅動(dòng)能力來(lái)抵抗干擾。這就要求在控制板一側需要增加更為復雜的接口電路，導致系統復雜化。并且這種電路的響應速度往往會(huì )比較慢，還要具備較大的脈沖輸出能力。從上文的內容中可以發(fā)現，這樣的做法存在易老化，傳輸延時(shí)飄移較大，進(jìn)而導致延時(shí)波動(dòng)范圍變大，安全死區時(shí)間增加的問(wèn)題。

另一方面，長(cháng)線(xiàn)纜對應的高感抗將使隔離變壓器兩邊電壓變化產(chǎn)生的干擾電流轉換為差模干擾信號。同樣導致干擾問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)就是在一對信號線(xiàn)上，作為地線(xiàn)的一條信號線(xiàn)與干擾源之間存在較低阻抗的電氣連接。同時(shí)它的長(cháng)度使它本身具有一定的電感值。在流經(jīng)較大變化率的干擾電流時(shí)會(huì )產(chǎn)生比較大的電壓。但是作為信號線(xiàn)的一條，由于信號接收端阻抗很高，不是干擾電流的流通路徑，因此不會(huì )產(chǎn)生電壓。這樣就導致這個(gè)信號線(xiàn)對兩端的電位差不一樣。這也有誤觸發(fā)的隱患。

從上述內容可以看出，控制板與驅動(dòng)器之間的信號線(xiàn)纜過(guò)長(cháng)是一個(gè)對IGBT可靠性比較嚴重的問(wèn)題。而這個(gè)線(xiàn)纜如果很短，就意味著(zhù)要么控制板與大功率開(kāi)關(guān)器件距離很近，要么驅動(dòng)器輸出與大功率開(kāi)關(guān)器件距離很遠。前者會(huì )對主控電路造成比較大的干擾。后者會(huì )由于驅動(dòng)峰值電流很大，加上線(xiàn)纜過(guò)長(cháng)導致的感抗增加，造成驅動(dòng)質(zhì)量不良。都是很?chē)乐氐膯?wèn)題。所以像光纖隔離那樣，中間由不怕干擾的光纖將驅動(dòng)器分成安裝位置相距較遠的兩部分，是非常合適的結構。在大功率場(chǎng)合非常必要。