第38卷第1期电力电子技术Vol.38,No.12004年2月PowerElectronicsFebruary,2004大功率IGBT模块并联均流问题研究孙强,王雪茹,曹跃龙(西安理工大学,陕西西安710048)摘要:介绍了IGBT扩容的并联方法,分析了导致IGBT模块并联运行时不均流的各种因素,提出了相应的解决措施,并进行了仿真分析和实验验证。关键词:绝缘栅双极晶体管;并联/静态均流;动态均流中图分类号:TN86文献标志码:A文章编号:1000-100X(2004)01-0004-03StudyoftheCurrentBalanceofIGBTsinParallelingSUNQiang,WANGXue2ru,CAOYue2long(Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)Abstract:ToextenttheratingrangeofcurrentofIGBT,theparallelmethodsarepresentedinthispaper.Thefac2torsledtocurrentunbalancesofeachIGBTinparallelareanalyzedandcorrespondingsolutionsareproposed.Theeffectsareverifiedbysimulationandexperiments.Keywords:IGBT;parallel;on2statecurrentbalance;dynamiccurrentbalance1引言2.1并联运行静态均流由于IGBT综合了GTR和MOSFET既具有大(1)饱和压降对静态均流的影响电流、低饱和压降,又具有高输入阻抗、驱动简单和稳态时,主要是单个模块的输出特性影响电流开关频率高等优点,特别适合于中高频、中大功率应的分配。两个输出特性不一致的器件VQ1,VQ2并用。当单个主开关器件的容量不能满足功率要求联运行时的电流分配(简称分流)情况如图1所示。时,通常用两种方法来提高功率等级:①直接选用更大功率等级的器件;②采用功率等级较小、市场货源充足、驱动功率低且线路简单的IGBT模块,通过串、并联来满足耐压、耐流等级的要求。由于单纯采用高功率等级IGBT模块将大大提高产品成本和驱动电路的复杂性,因此采用多管并联提高电流定额以满足工业要求。但由于并联的IGBT自身参数的不一致及电路布局不对称,势必引起器件电流分配图1并联IGBT模块输出特性比较图中———的集电极电流为零时对应的不均衡,严重时会使器件失效甚至损坏主电路。为Vo1,Vo2VQ1,VQ2集射极电压此须采取相应的措施来解决并联器件的均流问题。,ΔV1,ΔV2———电流为IC2,IC1时对应的两管通态电压变化量2影响并联均流主要因素及改善措施[1]VQ1,VQ2的输出特性可近似描述为:IGBT并联应用时的电流分配不均衡主要有两VCE(sat)1=Vo1+r1IC1(1)种:静态电流不均衡和动态电流不均衡。静态电流VCE(sat)2=Vo2+r2IC2(2)不均衡主要由器件的饱和压降VCE(sat)不一致所引ΔV1ΔV2式中r1=,r2=起;而动态电流不均衡则是由于器件的开关时间不IC1-IC2IC1-IC2并联有同步引起的。下面将详细讨论影响静、动态电流分VQ1,VQ2,:VCE(sat)1=VCE(sat)2配不均衡的主要因素,并给出相应的解决措施。ICtot=IC1+IC2Vo2-Vo1+r2ICtot基金项目:国家“十·五”重大专题(2001BA311A0623)因此:IC1=(3)r1+r2定稿日期:2003-10-10Vo1-Vo2+r1ICtotIC2=(4)作者简介:孙强(1955-),男,安徽凤阳人,教授,研究r1+r2方向为大功率特种电源。定义电流不平衡率σ:4大功率IGBT模块并联均流问题研究IC1-IC22(Vo2-Vo1)r2-r1在高频情况下,需要考虑动态降额。动态降额率δdσ==+(5)ICtot(r1+r2)ICtotr1+r2可由下式定义[2]:当Vo1µVo2时,随着总电流ICtot的增加,有:δd=1-[(np-1)(1-φ)+1]/np(9)r2-r1σµ(6)式中φ———动态不匹配度,φ=ΔIC(PK)/IC(PKmax),ΔIC(PK)r1+r2=IC(PKmax)-IC(PKmin)当Vo1µVo2时,器件的通态电阻(VCE/IC)是IC(PKmax)———单模块独立运行时最大允许峰值电流影响电流分配不均衡的主要因素。因此,为确保理IC