IGBT并联驱动

1NorbertPluschke10122010年年年年12月月月月2NorbertPluschke10123NorbertPluschke1012最糟糕的情况最糟糕的情况最糟糕的情况最糟糕的情况:所有接触点都短路所有接触点都短路所有接触点都短路所有接触点都短路不同的不同的不同的不同的IGBT模块之间模块之间模块之间模块之间转换速度ton和toff门槛电压VGE(th)门极电荷特性VGE=f(QG)和“米勒电容”Cres转移特性IC=f(VGE)CAEGEVGEVGEVGE由于门极采用硬连接，所有IGBT的VGE相同即：所有的IGBT不能独立的开关4NorbertPluschke1012使用普通电阻对门极硬连接使用普通电阻对门极硬连接使用普通电阻对门极硬连接使用普通电阻对门极硬连接VGEtΔΔΔΔt1ΔΔΔΔVGE(th)VGEtΔΔΔΔVGE(th)ΔΔΔΔt11ΔΔΔΔt1n硬连接门极硬连接门极硬连接门极硬连接门极每个IGBT有不同的门槛电压ΔΔΔΔVGE(th)具有最低门槛电压VGE(th)的IGBT1最先导通。门槛电压被钳位到米勒平台。因此，拥有更高门槛电压VGE(th)的IGBT无法导通。它们只能在一段时间ΔΔΔΔt1后导通。拥有最低门槛电压VGE(th)的IGBT1，在导通时承受力所有的电流和开关损失。在整个过程中VGE(th)是负温度系数5NorbertPluschke1012CAEGE采用门极电阻采用门极电阻采用门极电阻采用门极电阻由门极电阻隔离由门极电阻隔离由门极电阻隔离由门极电阻隔离每个IGBT的门极电压可以独立的增加。注意：门极电阻的误差必须小于1%VGE1拥有各自门极电阻的IGBT相互独立VGE2VGEn6NorbertPluschke1012采用门极电阻采用门极电阻采用门极电阻采用门极电阻VGEtΔΔΔΔt2ΔΔΔΔt1ΔΔΔΔVGEth由门极电阻隔离由门极电阻隔离由门极电阻隔离由门极电阻隔离每个IGBT仍然具有不同的门槛电压ΔΔΔΔVGE(th)但是：每个IGBT的门槛电压可以独立的增加。在很短的一段时间Δt1后将达到米勒平台。并联的IGBT之间的电流的分配和开关损耗仅有微小的差异。7NorbertPluschke1012最糟糕的情况：所有接触点都短路最糟糕的情况：所有接触点都短路最糟糕的情况：所有接触点都短路最糟糕的情况：所有接触点都短路考虑到杂散电感考虑到杂散电感考虑到杂散电感考虑到杂散电感由于门极是硬连接的并且转移特性各不相同，各个IGBT有着不同的开关时间和开关速度，每个管脚的dix/dt各不相同电路也有不同的杂散电感;Lx于是每个管脚的vx=Lxxdix/dt各不相同(例如：1000A/µsx10nH=10V)几乎无限均衡的电流I也流过细细的连接导线另外：寄生电容(半导体)和电感之间的震荡是无阻尼的。V1V2Vni=∞CAEGE8NorbertPluschke1012环流和杂散电感环流和杂散电感环流和杂散电感环流和杂散电感高的Vs9NorbertPluschke1012采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用电阻采用电阻采用电阻采用电阻REx(≈10%ofRGx)产生了产生了产生了产生了均流极限i≤10A震荡阻尼CAEEGV1V2Vni≤10ARE1RE2REn10NorbertPluschke1012CAEEG采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用电阻采用电阻采用电阻采用电阻REx也形成了负反馈：也形成了负反馈：也形成了负反馈：也形成了负反馈：均流i在发射极电阻REx上形成了压降VREx。iVRE1VRE2较快的IGBT较慢的IGBT11NorbertPluschke1012采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用辅助发射极电阻采用电阻采用电阻采用电阻采用电阻REx(≈10%ofRGxbutmin.0,5Ω)产生了产生了产生了产生了均流极限均流极限均流极限均流极限i≤10A震荡阻尼震荡阻尼震荡阻尼震荡阻尼电压电压电压电压VRex的负反馈在导通过程中减小了较快的的负反馈在导通过程中减小了较快的的负反馈在导通过程中减小了较快的的负反馈在导通过程中减小了较快的IGBT的的的的VGE并增加了较慢并增加了较慢并增加了较慢并增加了较慢IGBT的的的的VGE(在关断时则相反在关断时则相反在关断时则相反在关断时则相反)CAEEGV1V2Vni≤10AREx1REx2RExn较快的IGBT较慢的IGBTVGEVGE1VGEnVGE1=VGE-VRex1VGEn=VGE+VRexn12NorbertPluschke1012环流和环流和环流和环流和Vge13NorbertPluschke1012其它建议其它建议其它建议其它建议将电阻将电阻将电阻将电阻REx与肖特基二极管并联与肖特基二极管并联与肖特基二极管并联与肖特基二极管并联用于在短路情况下平衡发射极电压。值≈100V,1A.14NorbertPluschke1012其它建议其它建议其它建议其它建议采用齐纳二极管防止门极接触时的过电压因此，这些钳位二极管必须放置在靠近模块接口的位置CAEEG15NorbertPluschke1012不对称的正反馈不对称的正反馈不对称的正反馈不对称的正反馈16NorbertPluschke1012正、负反馈正、负反馈正、负反馈正、负反馈17NorbertPluschke1012不对称的负反馈不对称的负反馈不对称的负反馈不对称的负反馈18NorbertPluschke1012正、负反馈正、负反馈正、负反馈正、负反馈主端子主端子主端子主端子19NorbertPluschke1012辅助印刷电路板辅助印刷电路板辅助印刷电路板辅助印刷电路板用于并联用于并联用于并联用于并联IGBT的的的的PCB板直接安装在模块接口上板直接安装在模块接口上板直接安装在模块接口上板直接安装在模块接口上电路板上导线长度相同采用短的，双绞线连接主驱动板和IGBT模块上的辅助印刷电路板。RGoffRGonRERGEZ-diodeRGoffRGonRERGEZ-diodeNorbertPluschke1012并联使用的并联使用的并联使用的并联使用的IGBT机械设计机械设计机械设计机械设计规则规则规则规则21NorbertPluschke1012这种结构非常糟糕这种结构非常糟糕这种结构非常糟糕这种结构非常糟糕!!!!!母排回路电感：2.8x7.5cm^2=21cm^2每个每个每个每个IGBT之间以及接口之间的回路之间以及接口之间的回路之间以及接口之间的回路之间以及接口之间的回路电感高达电感高达电感高达电感高达~210nH从直流母排到负载之间的短路电感从直流母排到负载之间的短路电感从直流母排到负载之间的短路电感从直流母排到负载之间的短路电感严重不对称（在并联连接严重不对称（在并联连接严重不对称（在并联连接严重不对称（在并联连接IGBT时）时）时）时）这种情况非常糟糕这种情况非常糟糕这种情况非常糟糕这种情况非常糟糕输出输出输出输出不同的杂散电感22NorbertPluschke1012导通延时和杂散电感的影响导通延时和杂散电感的影响导通延时和杂散电感的影响导通延时和杂散电感的影响输出-负载不同模块之间的电流差异受到杂不同模块之间的电流差异受到杂不同模块之间的电流差异受到杂不同模块之间的电流差异受到杂散电感的限制：散电感的限制：散电感的限制：散电感的限制：



IVcc/L*



t=600V/325nH*10ns=18.5A23NorbertPluschke1012并联的并联的并联的并联的IGBT–输出电流均横输出电流均横输出电流均横输出电流均横输出输出输出输出每个每个每个每个IGBT模块到模块到模块到模块到“负载负载负载负载”之间的电感必须之间的电感必须之间的电感必须之间的电感必须近似相等近似相等近似相等近似相等24NorbertPluschke1012紧凑的结构紧凑的结构紧凑的结构紧凑的结构–两个并联的两个并联的两个并联的两个并联的IGBT25NorbertPluschke1012大功率系统大功率系统大功率系统大功率系统450KVA–690V许多情况下仅并联“2-IGBT”，从IGBT1到IGBT312326NorbertPluschke1012仅有两个模块并联仅有两个模块并联仅有两个模块并联仅有两个模块并联27NorbertPluschke10122个标准的个标准的个标准的个标准的IGBT模块的均流模块的均流模块的均流模块的均流(300A/div)28NorbertPluschke1012驱动板带来的电流分配驱动板带来的电流分配驱动板带来的电流分配驱动板带来的电流分配不平衡的驱动板不平衡的驱动板不平衡的驱动板不平衡的驱动板29NorbertPluschke1012驱动板的连接驱动板的连接驱动板的连接驱动板的连接–糟糕糟糕糟糕糟糕IGBTDriver非常糟糕的结构非常糟糕的结构非常糟糕的结构非常糟糕的结构–每个每个每个每个IGBT的门极电感不同的门极电感不同的门极电感不同的门极电感不同30NorbertPluschke1012IGBT驱动板驱动板的连接驱动板的连接驱动板的连接驱动板的连接–好好好好NorbertPluschke1012大功率应用大功率应用大功率应用大功率应用中的中的中的中的并联并联并联并联SEMIX32NorbertPluschke1012并联使用的并联使用的并联使用的并联使用的SEMiX33NorbertPluschke1012并联使用的并联使用的并联使用的并联使用的SEMiX的变量的变量的变量的变量SKYPER42SKYPER42SKYPER42SKYPER42对于均流来说，输出端子的结构非常重要34NorbertPluschke1012并联使用的并联使用的并联使用的并联使用的Semix–驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路模块n+1模块n参数:•R_Gxabout4Ohm•R_Ex0.5Ohm•D_Ex100V,1A,Shottky•R_GonandR_Goff由以下方程给出nE,nG,E,2G,2E,1G,1mainGon,onG,RR1RR1RR11RR+++++++=K适配板n适配板n+135NorbertPluschke10122个采用独立适配板的个采用独立适配板的个采用独立适配板的个采用独立适配板的Semix并联并联并联并联来自用户的适配板来自用户的适配板来自用户的适配板来自用户的适配板36NorbertPluschke1012赛米控设计的用于赛米控设计的用于赛米控设计的用于赛米控设计的用于2个个个个SEMiX并联的适配板并联的适配板并联的适配板并联的适配板用于赛米控的模块用于赛米控的模块用于赛米控的模块用于赛米控的模块(SEMiX)的适配板的适配板的适配板的适配板对称和不耦合的门极控制对称和不耦合的门极控制对称和不耦合的门极控制对称和不耦合的门极控制(独立的门极电阻独立的门极电阻独立的门极电阻独立的门极电阻,发射极独立发射极独立发射极独立发射极独立)即插即用的结构即插即用的结构即插即用的结构即插即用的结构完全合格的完全合格的完全合格的完全合格的100%经过经过经过经过AOI,ICT测试测试测试测试37NorbertPluschke1012SKYPER42的性能的性能的性能的性能信号变压器信号变压器信号变压器信号变压器DC/DC变流器变流器变流器变流器内置DC/DC变流器并配有绝缘铁芯变压器用于汽车系统的4kVAC绝缘电压每个IGBT都配有低耦合电容的独立电源减小了开关信号之间的干扰100kV/µs高等级的dv/dt强度低等级的噪声敏感度变压器原边集成了15V的电源38NorbertPluschke1012SKYPER42的电路图的电路图的电路图的电路图39NorbertPluschke1012SKYPER42的参数的参数的参数的参数40NorbertPluschke1012采用采用采用采用SKYPER42的的