Uso do módulo IGBT para considerações de design em paralelo

Devido ao alto custo de produção, o preço do módulo IGBT de 1200V com corrente superior a 400A no mercado. Quanto ao módulo padrão de 62mm de 1200V, 200-400A, devido à tecnologia e produto relativamente estáveis, boa versatilidade do produto e facilidade de substituição, é a maneira mais econômica de usar vários módulos IGBT padrão em paralelo para melhorar a classificação de corrente nesta fase. No entanto, devido à inconsistência dos próprios parâmetros do IGBT e à possível assimetria causada pelo layout do circuito, não é uma tarefa simples usar o módulo IGBT para design em paralelo. A seleção inadequada de componentes como paralelos ou componentes pode facilmente falhar no dispositivo e danificar as linhas no sistema principal. Portanto, este artigo, a partir da experiência bem-sucedida do departamento de aplicação no cliente e do equipamento de teste na fábrica, propõe a importância de usar o módulo IGBT padrão para design em paralelo.

Módulos geralmente maiores que 100A são feitos de vários chips em paralelo, embora os fabricantes possam usar chips no mesmo wafer para conectar em paralelo e reduzir a diferença de parâmetros do próprio módulo. No entanto, ainda é necessário levar em conta as diferenças individuais entre os parâmetros resultantes do módulo. Ao mesmo tempo, a simetria do circuito é uma influência muito importante na operação em paralelo, que pode ser explicada a partir de dois aspectos: estático e dinâmico, a partir da diferença de parâmetros e da diferença de simetria do circuito.

Fatores que afetam o fluxo médio paralelo e estático dos módulos

No uso real, o estado de trabalho do módulo IGBT é principalmente na condução e transiente de comutação, e a fase de condução é relativamente longa e a corrente é grande. Esta seção tem um grande impacto. Comece a partir do estado de condução estática.

1.1. As principais razões que afetam o fluxo médio paralelo do módulo são os seguintes 4 pontos

A) Efeito da queda de pressão saturada Vce (sat)

B) Efeito da assimetria de impedância do circuito de potência paralelo

C) Efeito da tensão de acionamento do polo do portão Vge

D) Efeito da tensão de ligação V th

E) Efeito da queda de pressão de condução do diodo Vf

1) Problemas com diferentes Vce (sat) em paralelo:

Em muitos casos, a pessoa comum pensa que o Vce (sat) gerado pela corrente que flui pelo IGBT é um valor fixo, o que é um equívoco. Na verdade, Vce (sat) refere-se à queda de pressão gerada pela corrente nominal. Para o IGBT, a queda de pressão de condução é uma função da corrente no mesmo V ge.

Para os dois IGBT conectados em paralelo, a queda de pressão gerada pela passagem do guia positivo ao abrir o estado estacionário é igual. Assim, o equilíbrio da distribuição de corrente depende das diferenças nas características de saída dos vários IGBTs em paralelo.

A Figura 1 mostra a diferença na distribuição de corrente de dois IGBTs com características de saída diferentes em paralelo (o mesmo Vce de dois IGBTs em paralelo).

Figura 1 A situação do IGBT após o fluxo médio em paralelo com diferentes características de saída

Figura 2 Diagrama esquemático do fluxo médio quando conectado em paralelo

O V mostrado na Figura 1T1 e VT2 para dois modelos idênticos de IGBT em paralelo, a Figura 2 mostra que as características de saída dos dois IGBTs são ligeiramente diferentes. iC1 e iC2 respectivamente VT1 e VT2 tendo a mesma queda de pressão do tubo (UCE1=UCE2). A corrente do coletor abaixo, I indica a corrente nominal deste tipo de IGBT, Vcesat1 e Vcesat2 representam a queda de pressão saturada de dois IGBTs na corrente nominal. Pode-se aproximar que:

R1=uff08Vce sa t 1-Vo1)/I (1)

R2=uff08Vce sa t 2-Vo2)/I (2)

UCE1=Vo1+R1×iC1(3)

UCE2=Vo2+R2×iC2(4)

Quando conectados em paralelo, o UCE1=UCE2=Uce, Isso

iC1=uff08 Uce-Vo1 uff09/R1=uff08 Uce-Vo1 uff09×I/uff08Vcesat1-Vo1)

iC2=uff08Uce-Vo2uff09/R1=uff08Uce-Vo2uff09 ×I/uff08Vcesat2-Vo2)

Since these two IGBT's are of the same type, Vo1 Vo2 =Vo then

Portanto, se a corrente de dois módulos IGBT em paralelo for I, a corrente de dois módulos IGBT com Vce diferente pode ser calculada da seguinte forma:

iC 1=uff08 Uce-V o1 uff09/R 1=uff08 Uce-V o1 uff09×I/uff08Vcesa t 1-V o1)=uff08Uce-V o uff09×I/uff08Vcesa t 1-V o ) iC 2=uff08Uc e-V o2uff09/R 1=uff08Uc e-V o2uff09×I/uff08Vc e s a t 2-V o2)=uff08Uc e-V o uff09×I/uff08Vc e s a t 2-V o )

Pegue o GD200HFL120C2S mais comum, por exemplo:

Suponha um valor maior de Vcesat1 2.5V (125°C), valor menor Vcesat2 para 2.1V, (125°C),

Vo =0.8V

Assumindo um valor maior de Vcesat1 é 2.2V, com o valor menor de Vcesat1 para 2.1V, verificado pelo manual de dados

O Vo típico é =0.8V

Se a diferença de Vcesat for 0.1V, mesmo que a corrente de saída necessária pelo módulo em paralelo seja io =200A, a diferença de corrente do módulo IGBT inferior de outro Vce (sat) é 6A. Na prática, haverá mais perda do que outro módulo IGBT, embora o chip IGBT esteja em uma corrente alta

Tem um coeficiente de temperatura positivo, então quando os dois módulos IGBT estão em paralelo, é recomendado que a diferença entre V ce (sa t) não exceda 0,2V. Se inevitável, é recomendado deixar uma margem grande na temperatura de estado estável para compensar.

2) Deriva desigual causada pela assimetria de impedância do circuito de potência

Fig. 2 Efeito da impedância do circuito principal

Acredita-se geralmente que a diferença no armazenamento de linha paralela do barramento resultará na impedância do circuito. Portanto, se o módulo IGBT usando a diferença V c e (s a t) for inferior a 0,2V, a simetria da linha do barramento deve ser levada em conta. Na verdade, o impacto desta parte é realmente baixo, como o diagrama de circuito equivalente 2, o RE1E RE2Equivalente à conexão em série de dois resistores e o ramo médio uniforme original de dois fluxos uniformes, se a impedância for inconsistente, causará o fluxo uniforme é inconsistente, como RE1> RE2, Que Yao RE2Haverá inevitavelmente mais corrente acima do ramo, causando desequilíbrio desigual e vice-versa. Tome GD200HFL120C2S como exemplo:

A corrente real necessária para o módulo em paralelo é i o =200A, cada módulo é na verdade 100A, e a queda de pressão no módulo real é Uce =1.7V

Suponha que a seção transversal da medalha de bronze seja 410-5m2, O comprimento da linha mestra do módulo 1 é 0,8m, o comprimento da linha mestra do módulo 1 é 0,6m, e a taxa de resistência térmica a 30°C é 1.810-8Ω*m

Comparado à influência de V c e (s a t), a influência da assimetria do circuito de potência é relativamente desnecessária quando estático apreensivo. No entanto, o barramento também introduzirá a indutância de chumbo, o que terá um grande impacto no fluxo médio dinâmico, que será discutido posteriormente.

3) Influência da tensão de acionamento do polo do portão Vge

corrente IC O módulo que flui através do IGBT acionado pela tensão de acionamento do portão Vge gera a queda de pressão de condução Vce, que não está apenas relacionada à corrente fluindo Ic, o V ce (sat) fornecido acima, mas também diretamente relacionado à tensão de acionamento do portão Vge.

Por outro lado, em diferentes tensões de acionamento Vge, com o mesmo Vce em paralelo, a corrente Ic através dos dois é naturalmente diferente.

Figura 3. Curva característica de saída do módulo IGBT

A partir da Figura 3, podemos ver claramente que,

Como em Vge =13V, em Vce =2.5V, através da corrente Ic 255A

Como em Vge =15V, em Vce =2.5V, através da corrente Ic 285A

Portanto, o design do circuito de acionamento precisa prestar muita atenção e garantir a voltagem de acionamento do módulo em paralelo.

Deve ser enfatizado aqui que a tensão do portão Vge discutida acima refere-se às duas extremidades do portão IGBT, não à tensão de saída da placa de acionamento, e os clientes descuidados frequentemente cometem esse erro. Como pode ser visto na Figura 4, há uma resistência do portão entre o chip de acionamento e o polo do portão, e a conexão elétrica do chip de acionamento para o polo do portão IGBT, que é o terminal do portão da máquina geralmente visto na máquina, e a diferença de parâmetro do componente de acionamento e o terminal do portão será comparada com o momento de abertura e fechamento

Destacar, causará a adição à voltagem do portão IGBT e a inconsistência da voltagem de saída. Isso não será um problema no estado estacionário porque o portão pertence a um estado de alta resistência.

Figura 4 Diagrama esquemático do driver do módulo

4) Efeito da voltagem aberta, Vth

Porque a tensão aplicada pela tensão do circuito de acionamento ao portão é um processo da pressão negativa para a tensão positiva aplicada (se houver uma pressão negativa desligada), a corrente I não pode fluir através do módulo antes da tensão do portão Vth, então o IGBT do menor Vge (th) abrirá mais cedo e desligará mais tarde. Como esse efeito é principalmente no momento da abertura, e pode ser conhecido a partir da curva característica de transferência da FIG. 4, a corrente I c é muito pequena quando a tensão de acionamento é V t h. Geralmente, a diferença de Vth do módulo do mesmo tipo está dentro de 0,5V, então o efeito da tensão de abertura Vth é relativamente fraco.

5 Características de transferência do módulo IGBT

5) Efeito do diodo Vf

No inversor e outras aplicações, o diodo reverso em paralelo do módulo IGBT precisa suportar muita corrente. O efeito de Vf do diodo sobre o fluxo médio é exatamente o mesmo que o de Vce (sat) sobre o fluxo médio, apenas o IGBT é afetado por Vce (sat) e o Vf do diodo.

R1=uff08V f-Vo1)/I R2=uff08V f-Vo2)/I Uf1=Vo1+R1×if1Uf2=Vo2+R2×if2

(1)

(2)

(3)

(4)

Quando Uf1=Uf2=Uf está conectado em paralelo, então

iC1=uff08 Uf-Vo1 uff09/R1=uff08 Uf-Vo1 uff09×I/uff08Vf1-Vo1)

iC2=uff08 Uf-Vo2uff09/R1=uff08 Uf-Vo2uff09 ×I/uff08Vf2-Vo2)

Uma vez que estes dois diodos são do mesmo tipo, Vo1 Vo2 =Vo

Portanto, se a corrente de dois módulos IGBT em paralelo é I, a corrente de dois módulos IGBT com Vce diferente pode ser calculada da seguinte forma:

iC1=uff08 Uf-Vo1 uff09/R1=uff08 Uf-Vo1 uff09u00d7I/uff08Vf1-Vo1)=uff08 Uf-Vo uff09 u00d7I/uff08Vf1-Vo) iC12=(Uf-Vo2) / R2= (Uf-Vo2) I / (Vf2-Vo2) = (Uf-Vo) I / (Vf2-Vo) Módulo comum de 150A é coluna,

Assumindo que o valor maior V f é 2.2V e o valor menor Vf é 2.1V, o típico Vo encontrado pelo manual de dados é =1.3V

Fatores que afetam o fluxo dinâmico paralelo

As principais razões que afetam o fluxo médio dinâmico paralelo dos módulos são os seguintes 3 pontos

A) Parâmetros dinâmicos do próprio IGBT

b) Indução parasitária do circuito de acionamento

c) A indutância parasitária do circuito de potência

1) Distribuição desigual causada pelos próprios parâmetros do IGBT

O principal fator que afeta o equilíbrio de corrente no momento da comutação são as características de transferência do dispositivo paralelo.

Figura 3. Comparação das características de transferência dos módulos paralelos

Diagrama de comparação de duas propriedades de módulo paralelo com características de transferência inconsistentes mostradas na Figura 3. Na FIG. 3, quando a mesma tensão de acionamento V é aplicada ao módulo paraleloGEQuando, o módulo IGBT íngreme suportará mais corrente e a perda de comutação também se tornará maior.2) Parasitismo do circuito de acionamento e shunt desigual causado pela indutância

Combinado com a capacitância parasitária em nível de porta do IGBT, a indutância parasitária do circuito de acionamento pode causar oscilações severas, provocando flutuações na tensão do portão. A indutância parasitária do emissor pode causar variação no grau de comutação.

Circuito de acionamento do pólo do portão IGBT RG, indutância de chumbo LGLE e capacitância de entrada do IGBT CinO processo de abertura e comutação é uma resposta típica do circuito série R L C. Na Figura 4, o resistor R corresponde a RG, L corresponde ao indutor LG+LE, Capacitor C corresponde ao capacitor de entrada Cin.