杂散电感对高效IGBT逆变器设计的影响
来源： 作者： 发布时间：2015-03-15 10:05:53 浏览量：图4：二极管恢复特性：上图显示的是针对两个电感的损耗/时间曲线(实线：L=23nH、虚线：L=100nH)，下图显示的是电压和电流曲线。
显而易见，IGBT降低的di/dt几乎对二极管换流开始阶段的损耗没有任何影响，因为二极管电压依然维持在零左右。在反向恢复峰值电流之后，更大杂散电感引起的二极管电压升高决定并导致色环电感器了额外的损耗。小电感和大电感设置的二极管拖尾电流中可再次看到交叉点c。更高的过压使得c点之前的损耗从10.1mJ增至19.6mJ。与IGBT的情况一样，增加的动态过压会导致c点之后的拖尾电流降低，大电感设置的损耗平衡将优化4.4mJ。总之，第一开关阶段起主导作用，二极管损耗随着电感的增加从24.6mJ提高至29.7mJ，增幅为20%。
表2：对英飞凌IGBT的折衷：在相同杂散电感和软度条件下的关断损耗。
实验结果的总动态损耗
尽管在开通过程中，di/dt与寄生电感的结合可降低IGBT的电压，但在关断过程中，它将增大IGBT的电压过冲。将开通与关断过程进行左右对比，不难看出，在较大寄生电感时开通损耗的降度远高于关断损耗的增幅。
如果考虑到最新沟槽栅场截止IGBT的关断di/dt本插件电感器质上受器件动态性能的制约，约为导通di/dt的一半，就可轻松理解这一趋势。
在图5中，对IGBT开通损耗、关断损耗以及二极管换流损耗与三款IGBT的寄生直流母线杂散电感进行了对比。
图5：开关损耗作为杂散电感Ls的函数，电感的增大将降低IGBT的开通损耗(左图);IGBT的关断损耗(右图)和续流二极管关断损耗会随着电感的增大而升高。IGBT和二极管的软度和电流突变特性
前文已经表明寄生电感可能对总体损耗平衡有益。但是杂散电绕行电感器感还可能导致振荡，比如由电流突变引起的振荡，这可能导致由于EMI或过压限制而引起的器件使用受限。迄今为止所介绍的所有测量都是在对损耗至关重要的Tvj=150℃结温条件下进行的。电流突变在低温条件下更加关键，因为器件的载流子注入随着温度的降低而减少，并大幅降低用于平滑拖尾电流的电荷。因此，图6在25℃和600V直流母线电压的条件下，对三款芯片在额定电流下的IGBT关断情况进行了比较。直流母线电感被作为一个参数使用。
图6：开关曲线作为三款IGBT杂散电感LSd的函数：T4(左)、E4(中)、P4(右);上图为栅极电压;下图为电流和电压曲线。
在给定的例子中，当杂散电感约为55nH时，T4会变硬，振荡开始发生。在相同条件下，直到直流母线电感达到约80nH，E4还依然保持了软度。对于针对大功率而优化的P4芯片而言，它在观察到的电感范围内(20nH…100nH)都保持软度。这种观察结果并不出人意外，因为该IGBT是被设计用于高达3600A额定电流的大功率模块。
尽管IGBT的电流突变趋势通常在低温和大电流下最为明显，但续流二极管软度通常在低温和小电流下最为关键。这取决于几个因素：因为二极管是一个载流子生命周期优化器件，等离子体密度在小电流下最低，因此拖尾电荷随着电流水平的降低而减弱。此外，迫使二极管换向的开关IGBT通常在低电流水平下开关速度更快。最后，二极管过压与开关电流没有关系，而是由二极管的反向恢复电流峰值的负斜率导致的，该斜率在小电流和低温下同样最陡。
由于快速开关瞬变(du/dt和反向恢复di/dt)的影响，直流母线振荡可以很容易地在低电流水共模电感平下触发，甚至是在没有二极管电流突变的情况下。图7介绍了续流二极管在不同杂散电感条件下的反向恢复特性。
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