梅建偉+田艷芳+雷鈞+劉杰+魏海波

【摘要】全控型器件并聯(lián)運(yùn)行能夠承受更高的負(fù)載電流、降低成本和減小功率變換裝置的體積，但是全控型器件并聯(lián)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮靜、動(dòng)態(tài)均流問題。本文詳細(xì)的討論了影響靜態(tài)均流和動(dòng)態(tài)均流的主要因素，同時(shí)根據(jù)工程應(yīng)用的實(shí)際情況，給出常用的器件并聯(lián)和模塊并聯(lián)的電路，該教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，促進(jìn)全控型器件并聯(lián)均流技術(shù)的工程化應(yīng)用。

基金項(xiàng)目：本科教學(xué)建設(shè)與改革項(xiàng)目資助：面向電動(dòng)車輛工程方向的自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與探討，項(xiàng)目編號(hào)：JX201603-1.

【關(guān)鍵詞】并聯(lián)；靜態(tài)均流；動(dòng)態(tài)均流；均流電路

【分類號(hào)】G643；G254.97-4

為了提高功率器件的載流能力和耐壓，可以采用多個(gè)器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流和采用

多個(gè)器件串聯(lián)來提高開關(guān)器件的耐壓，但是器件在串聯(lián)和并聯(lián)時(shí)，由于其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而使得電壓和電流分配不均勻，在實(shí)際使用時(shí)必須采取一定的措施，使得串聯(lián)和并聯(lián)的功率器件的電壓和電流均勻，這里主要討論MOSFET和IGBT的并聯(lián)均流技術(shù)。

1、全控型器件并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)

1.1 MOSFET并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)

1）Ron具有正溫度系數(shù)，具有電流自動(dòng)均衡的能力，容易并聯(lián)。

2）注意選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯(lián)。

3）電路走線和布局應(yīng)盡量對稱。

1.2 IGBT并聯(lián)運(yùn)行特點(diǎn)

1）在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負(fù)溫度系數(shù)，在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)。

2）并聯(lián)使用時(shí)也具有電流的自動(dòng)均衡能力，易于并聯(lián)。

2、全控型器件并聯(lián)

2.1并聯(lián)的影響因素

影響全控型器件并聯(lián)均流特性的因素要從其應(yīng)用電路來分析，主要是三個(gè)因素：MOSFET或者IGBT的參數(shù)、驅(qū)動(dòng)電路以及換流回路。其影響因素見表1。

2.2均流措施

1）器件的選擇

a）選擇輸出特性和轉(zhuǎn)移特性盡量一致的全控型器件，飽和壓降與溫度有關(guān)，不同結(jié)構(gòu)類型的全控型器件其飽和壓降的溫度系數(shù)是不同的；

b） 器件并聯(lián)使用時(shí)即使靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均流措施都做到極致，在實(shí)際使用時(shí)仍然要降額使用。

2）回路電感的影響

a）并聯(lián)時(shí)，換流主回路的電感盡量均衡，并且使得線路電感保持最小；換流回路電感的大小將影響開關(guān)器件的開關(guān)速度和柵極驅(qū)動(dòng)特性；

b）并聯(lián)布線時(shí)嚴(yán)格對稱布線；

c）驅(qū)動(dòng)回路的電感盡可能小，驅(qū)動(dòng)回路的電感可能引起柵極震蕩，并且這種震蕩在并聯(lián)的開關(guān)器件之間傳播；

3）散熱系統(tǒng)

并聯(lián)的開關(guān)器件或者功率單元的散熱應(yīng)該均勻，散熱面積和散熱方式嚴(yán)格對稱，如果IGBT散熱出現(xiàn)熱量過于集中，IGBT溫度差別大，會(huì)影響的溫度特性。

4）驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)的影響并聯(lián)IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電壓Vge的大小主要影響并聯(lián)IGBT的靜態(tài)均流，而門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化率、門極驅(qū)動(dòng)電阻Rg、驅(qū)動(dòng)線路的布局和感抗等參數(shù)則對并聯(lián)IGBT的動(dòng)態(tài)均流有很大的影響。

3、器件篩選原則

在大功率IGBT并聯(lián)之前，首先要對IGBT的部分參數(shù)進(jìn)行測試，盡量選擇測試參數(shù)一致的器件進(jìn)行并聯(lián)，主要測試以下參數(shù)：

1）IGBT飽和壓降：測試精度至少要達(dá)到mv級(jí)別，最好選擇飽和壓降偏差在100mv以內(nèi)的IGBT并聯(lián)；

2）IGBT內(nèi)建二極管飽和壓降：內(nèi)建二極管飽和壓降不同會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)電流時(shí)，出現(xiàn)溫度升高不一致的情況；

3）IGBT內(nèi)建二極管反向恢復(fù)時(shí)間：如果內(nèi)部二極管的速度太慢，那么實(shí)際使用時(shí)IGBT還需外接一個(gè)高速大容量的二極管。

4、并聯(lián)均流電路

1）開關(guān)器件的并聯(lián)電路

電阻R7和R8的主要功能是在柵極和發(fā)射極的回路中起到阻尼作用，其阻值大小在0.5—2Ω范圍之內(nèi)。

2）功率單元的并聯(lián)電路

功率單元并聯(lián)時(shí)，主回路布線時(shí)可以通過調(diào)節(jié)主回路布線的長度和寬度調(diào)節(jié)并聯(lián)單元之間的寄生電感的大小，在保證回路寄生電感盡可能小的前提下，通過線路電感起到調(diào)節(jié)電流的作用。

連接板主要是對PWM控制信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)保證連接板輸出的控制信號(hào)連接到不同功率單元時(shí)，線路的寄生電感小，并且布線嚴(yán)格對稱。

3）開關(guān)器件并聯(lián)的三相逆變電路

5、結(jié)論

針對工程上經(jīng)常采用全控型器件并聯(lián)的問題，本文在分析IGBT并聯(lián)均流影響因素的同時(shí)提出了一些有助于全控型并聯(lián)設(shè)計(jì)的建議，所給出的測試方法和應(yīng)用電路在全控型器件并聯(lián)系統(tǒng)中可以作為方向性參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]郭榮祥，崔桂梅.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：梅建偉（1978.10）男，湖北麻城，副教授，碩士研究生，湖北汽車工業(yè)學(xué)院，研究方向：電力電子變換技術(shù)以及電機(jī)控制技術(shù)方面的研究。