IGBT杂散电感性能影响

【摘要】：由于IGBT和模组外围电路中存在着杂散电感，随着IGBT高电压、大电流、开关频率越来越快趋势下，由于杂散电感引起的电压尖峰的影响越来越大，

我司的风能变流器大量使用IGBT模块，准确可靠地对IGBT电路的杂散电感

进行测量显得十分重要。

【关键词】：杂散电感 IGBT 母排 电压尖峰

【缩略语清单】：无

1 问题描述

随着大功率IGBT电压等级、电流等级的不断提高，快速开通和关断IGBT会产生河大的di/dt，又由于电路中的杂散电感的存在会在IGBT开关管的两端形成较高的电压尖峰,这些电压尖峰会对IGBT造成损坏，不利于IGBT的长期可靠运行。

现在对于我司变流器上普遍使用的型号为FF1000R17IE4的功率IGBT的杂散电感进行研究，实际测量它的杂散电感。

FF1000R17IE4的额定电压和额定电流如下：

表1 型号FF1000R17IE4 IGBT参数

2 解决分析过程

在大功率应用场合下，IGBT的开通和关断存在不同阶段，一般认为开通过程不会使IGBT产生过电压尖峰，主要是在关断时刻测量电压尖峰，从而用参数提取杂散电感，此种方法只能对关断状态下的杂散电感值有个近似的计算，对于开通过程中的现象不能很好观察研究，测试的结果单一，不能真是有效的反映IGBT的参数，这里采用的是在同一个桥臂上的上桥臂开关管开通过程中，观察下桥臂的开关管的电压尖峰，使得在开通状态下的IGBT尖峰也能够被有效测量；对关断的过程进行详细的分析和计算，再次能够得出尖峰电压值，对于开通和关断状态的比较和计算，就能够对IGBT的杂散电感有准确的测量。

测试中采用两并联两相IGBT功率模组：

图1 测试电路图

（一）开通过程

开关管T1开通过程中，同一桥臂的下桥臂的T2会产生电压尖峰，开通过程主要是由于反向续流二极管反向恢复引起的，二极管关断电流减少至零后并不能稳定，继续减小达到反向电流最大值，然后恢复至零。

t1 t2 t3 t4

图2 二极管反向恢复

开通过程分为如下几个阶段：

1. IGBT 的T1管处于关断状态，VT1=Vdc，VT2=0，Idc=0，T2续流二极管电流Id=Io

2. T1管处于开通，Idc 逐渐增大，Io=Idc+Id,

3. T1管电流增大到Io，二极管电流降到0后，继续反向增大，此时Idc=Io-（Id）， ，VT2电压达到最大值。

4. VT1降为0，二极管反向电流达到最大值后，开始反向恢复，由Idc=Io-（Id）

知，直流侧电流也随之下降，由于杂散电感的影响，T2上出现了尖峰电压VT1=0， ，在这个阶段，反向恢复电流很大，由表1中知道，Ifrm=2000A,

二极管恢复时间较长，根据本阶段的电压电流波形能够得到 Vdc d Ls VT2 VT1=++dt Idc Vdc d Ls VT2 VT1=++dt Idc Vdc d Ls VT2++=dt Idc dt

di /

VT2-Vdc Ls ）（=

所以，通过开关管V1开通过程中同一桥臂的下桥臂V2的尖峰电压，求取杂散电感。

图3 IGBT开通时同一桥臂另一开关管的电压尖峰及电流变化

（二）关断过程

1. IGBT的T1处于开通状态，VT1=0，Idc=Io

2. IGBT的T2开始开通，T2的反向二极管电压下降。

3. T1端电压快速上升，二极管电流上升，此时的电压电流关系是：

4.由于线路杂散电感以及二极管前向恢复电压影响出现电压尖峰

5.T1电压降为0，端电压达到Vdc 由以上步骤，利用步骤4过程产生的电压尖峰来求取线路杂散电感

dt V VT dIdc Ls Vdc d 1+=+dt

dIdc Vdc -VT1Ls ）（=dt V VT dIdc Ls d -Vdc 1+=）

（

图4 IGBT关断时电压尖峰

图5 IGBT关断时电流变化

3 结论与经验

在开关管开通时，由同一桥臂的另一个开关管取得的杂散电感为：

=50V*(0A-（-80A)）/800ns=500nH

在开关管开通时，由上图的得 =120V*(1060A-980A)/400ns=600nH

根据开通和关断过程波形抽取的IGBT电路杂散电感相近，证明了得出的数据有较强的准确性。由于反向并联二极管的反向恢复电流，通过IGBT的开通与关断的瞬时电压和电流波形，得出在一个开关管导通的情况下，可以根据在同一桥臂的产生的电压尖峰取得线路杂散电感；另一方面，开关管关断过程中能够得到更为精确的电压尖峰，进而确定杂散电感的大小.

dt dIdc Vdc -VT1Ls ）（=dt dIdc Vdc -VT1Ls ）（=