全控型器件并联均流技术工程化教学

梅建伟+田艳芳+雷钧+刘杰+魏海波

【摘要】全控型器件并联运行能够承受更高的负载电流、降低成本和减小功率变换装置的体积，但是全控型器件并联设计时需要考虑静、动态均流问题。本文详细的讨论了影响静态均流和动态均流的主要因素，同时根据工程应用的实际情况，给出常用的器件并联和模块并联的电路，该教学内容的设计，促进全控型器件并联均流技术的工程化应用。

基金项目：本科教学建设与改革项目资助：面向电动车辆工程方向的自动化专业人才培养模式研究与探讨，项目编号：JX201603-1.

【关键词】并联；静态均流；动态均流；均流电路

【分类号】G643；G254.97-4

为了提高功率器件的载流能力和耐压，可以采用多个器件并联来承担较大的电流和采用

多个器件串联来提高开关器件的耐压，但是器件在串联和并联时，由于其静态和动态特性参数的差异而使得电压和电流分配不均匀，在实际使用时必须采取一定的措施，使得串联和并联的功率器件的电压和电流均匀，这里主要讨论MOSFET和IGBT的并联均流技术。

1、全控型器件并联运行特点

1.1 MOSFET并联运行特点

1）Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易并联。

2）注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联。

3）电路走线和布局应尽量对称。

1.2 IGBT并联运行特点

1）在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数，在以上的区段则具有正温度系数。

2）并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联。

2、全控型器件并联

2.1并联的影响因素

影响全控型器件并联均流特性的因素要从其应用电路来分析，主要是三个因素：MOSFET或者IGBT的参数、驱动电路以及换流回路。其影响因素见表1。

2.2均流措施

1）器件的选择

a）选择输出特性和转移特性尽量一致的全控型器件，饱和压降与温度有关，不同结构类型的全控型器件其饱和压降的温度系数是不同的；

b） 器件并联使用时即使静态和动态均流措施都做到极致，在实际使用时仍然要降额使用。

2）回路电感的影响

a）并联时，换流主回路的电感尽量均衡，并且使得线路电感保持最小；换流回路电感的大小将影响开关器件的开关速度和栅极驱动特性；

b）并联布线时严格对称布线；

c）驱动回路的电感尽可能小，驱动回路的电感可能引起栅极震荡，并且这种震荡在并联的开关器件之间传播；

3）散热系统

并联的开关器件或者功率单元的散热应该均匀，散热面积和散热方式严格对称，如果IGBT散热出现热量过于集中，IGBT温度差别大，会影响的温度特性。

4）驱动电路

驱动电路参数的影响并联IGBT的门极驱动电压Vge的大小主要影响并联IGBT的静态均流，而门极驱动信号的变化率、门极驱动电阻Rg、驱动线路的布局和感抗等参数则对并联IGBT的动态均流有很大的影响。

3、器件筛选原则

在大功率IGBT并联之前，首先要对IGBT的部分参数进行测试，尽量选择测试参数一致的器件进行并联，主要测试以下参数：

1）IGBT饱和压降：测试精度至少要达到mv级别，最好选择饱和压降偏差在100mv以内的IGBT并联；

2）IGBT内建二极管饱和压降：内建二极管饱和压降不同会导致静态电流时，出现温度升高不一致的情况；

3）IGBT内建二极管反向恢复时间：如果内部二极管的速度太慢，那么实际使用时IGBT还需外接一个高速大容量的二极管。

4、并联均流电路

1）开关器件的并联电路

电阻R7和R8的主要功能是在栅极和发射极的回路中起到阻尼作用，其阻值大小在0.5—2Ω范围之内。

2）功率单元的并联电路

功率单元并联时，主回路布线时可以通过调节主回路布线的长度和宽度调节并联单元之间的寄生电感的大小，在保证回路寄生电感尽可能小的前提下，通过线路电感起到调节电流的作用。

连接板主要是对PWM控制信号进行预处理，同时保证连接板输出的控制信号连接到不同功率单元时，线路的寄生电感小，并且布线严格对称。

3）开关器件并联的三相逆变电路

5、结论

针对工程上经常采用全控型器件并联的问题，本文在分析IGBT并联均流影响因素的同时提出了一些有助于全控型并联设计的建议，所给出的测试方法和应用电路在全控型器件并联系统中可以作为方向性参考。

參考文献：

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]邢岩等.电力电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]郭荣祥，崔桂梅.电力电子应用技术[M].北京：高等教育出版社，2013.

作者简介：梅建伟（1978.10）男，湖北麻城，副教授，硕士研究生，湖北汽车工业学院，研究方向：电力电子变换技术以及电机控制技术方面的研究。