雜散電感對高效IGBT逆變器設計的影響

IGBT技術不能落后于應用要求。因此，英飛凌推出了最新一代的IGBT芯片以滿足具體應用的需求。與目前逆變器設計應用功率或各自額定電流水平相關的開關速度和軟度要求是推動這些不同型號器件優化的主要動力。這些型號包括具備快速開關特性的T4芯片、具備軟開關特性的P4芯片和開關速度介于T4和P4之間的E4芯片。

　　表1簡單介紹了IGBT的3個折衷點，并對相應的電流范圍給出了建議。

　　表1：英飛凌1200V IGBT簡介。

　　IGBT和二極管的動態損耗

　　為研究和比較這三款不同芯片在雜散電感從23nH到100nH時的開關損耗和軟度，我們選用了一種接近最優化使用T4芯片的合理限值的模塊。因此，選擇一個采用常見的62mm封裝300A半橋配置作為平臺，而模塊則分別搭載了這三款IGBT芯片。

　　這三個模塊都采用了相同的高效發射極控制二極管和柵極驅動設置。圖1為實驗設置。

　　圖1：測試設置：為測試續流二極管的反向恢復特性，驅動高壓側IGBT，并將負載電感改為與低壓側二極管并聯。

　　圖2顯示了兩個不同雜散電感對配備IGBT-T4的300A半橋的開通波形的影響。

　　圖2：T4的開通特性：上圖顯示的是針對兩個電感(Ls=23nH和Ls=100nH)的損耗/時間曲線;下圖顯示的是電壓和電流曲線。

　　當電流升高后，更高的雜散電感Ls不僅可以增大器件端子的電感壓降(Δu=-L*di/dt)，而且還能影響電流上升速度di/dt本身。盡管寄生電感使導通速度減緩，但導通損耗卻大幅降低。

　　在該示例中，初始開關階段的損耗(見圖2中的時間戳a)隨著雜散電感的增大由30.4mW降至12mW。

　　開關事件第二階段的特點是二極管出現反向恢復電流峰值以及IGBT電壓進一步下降。寄生電感的增大會導致反向恢復電流峰值的延遲，以及第二階段開關損耗的提高。

　　因此，就整個開關事件而言，寄生電感的增大可大幅降低開通損耗。在本例中，損耗由40mW降低至23.2mW。

　　眾所周知，雖然在開通過程中di/dt可降低IGBT的電壓，但在關斷過程中它也會增大IGBT的電壓過沖。因此，直流母線電感的增加會增大關斷損耗。如圖3所示，關斷的開關事件可分為兩個階段。

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