如何并联使用IGBT?电流计算公式+影响图例!
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一直以来,IGBT都是大家的关注焦点之一。因此针对大家的兴趣点所在,小编将为大家带来IGBT并联使用的相关介绍,详细内容请看下文。
一、IGBT工作原理
绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)综合了电力晶体管(Giant Transistor—GTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)的优点,具有良好的特性,应用领域很广泛;
N沟型的 IGBT工作是通过栅极-发射极间加阀值电压VTH以上的(正)电压,在栅极电极正下方的p层上形成反型层(沟道),开始从发射极电极下的n-层注入电子。该电子为p+n-p晶体管的少数载流子,从集电极衬底p+层开始流入空穴,进行电导率调制(双极工作),所以可以降低集电极-发射极间饱和电压。在发射极电极侧形成n+pn-寄生晶体管。若n+pn-寄生晶体管工作,又变成p+n- pn+晶闸管。电流继续流动,直到输出侧停止供给电流。通过输出信号已不能进行控制。一般将这种状态称为闭锁状态。
为了抑制n+pn-寄生晶体管的工作IGBT采用尽量缩小p+n-p晶体管的电流放大系数α作为解决闭锁的措施。具体地来说,p+n-p的电流放大系数α设计为0.5以下。 IGBT的闭锁电流IL为额定电流(直流)的3倍以上。IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同,通断由栅射极电压uGE决定。
二、如何并联使用IGBT
(1)并联运行静态均流
静态情况下,并联工作的IGBT间的电流分配主要受伏安特性的影响。当多个IGBT并联时,由于制造工艺的原因,每个IGBT的伏安特性并不完全一样。两个IGBT并联时伏安特性对电流分配的影响如图所示。从图可以看出,当两个伏安特性不同的IGBT并联工作时,它们通过的电流并不相等。为保证运行时每个模块都不超过安全工作区,必须对并联运行的IGBT进行降额使用。若两个同型号但伏安特性不同的管子并联使用,其总的额定电流不等于单个管子额定电流的两倍,这种电流能力下降的系数可称为电流降额系数。电流降额系数可表示为
式中,IT是并联模块能提供的总额定电流;IM是单个模块的最大额定电流np是并联模块的数目。例如,两个额定电流都为400A的IGBT模块并联,一个承受400A电流而另一个为320A,则可得到
另外,如果已经知道了降额系数,则可由下式求出所提供的总的额定电流
(2)并联运行动态均流
动态情况下,并联工作的IGBT间的电流分配主要受转移特性、驱动电路的影响。
1)转移特性对动态均流的影响:转移特性不同的IGBT并联时,开关过程的动态电流分配是不均衡的。图给出了在相同的VGE驱动下,转移特性不同的两个IGBT动态电流不均衡的例子。从图中可以看出,转移特性陡峭的管子在开关时刻承受比较大的动态电流,因而也会有比较大的开关损耗,这种差异在关断的时候更明显。当开关频率增大时,这种不平衡趋于缓和。选择转移特性接近的IGBT模块进行并联有利于动态均流。
2)驱动电路对动态均流的影响:驱动电路对并联均流的影响也是显而易见的,如果并联工作的IGBT驱动电路不同步,则先驱动的IGBT要承担大得多的动态电流。因此,并联模块的驱动一定要做到同步,最好选用驱动能力强的驱动器,用同一驱动信号同时驱动并联模块。
另外,驱动电路布局要尽量做到对称,驱动电路到模块的栅极、射极引线要尽量短,使回路的等效阻抗一致;主电路中的元器件布局和引线位置应对称,引线长短一致,并尽量短,接线应采用截面积较大的铜排或扁条线;各模块应平行放置,尽量靠近,引线尽量—致,减小回路中寄生电感的不平衡性。
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