CN109525126B - 基于igbt并联均流的主回路拓扑结构 - Google Patents

基于igbt并联均流的主回路拓扑结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构，本拓扑结构包括大功率主薄膜电容模块、直流母排、三相IGBT并联半桥组件、三相输出铜排，大功率主薄膜电容模块连接直流母排，三相IGBT并联半桥组件输入端连接直流母排、输出端连接三相输出铜排，三相输出铜排连接电机三相端子，本拓扑结构还包括三个辅助薄膜电容，直流母排叠层布置，三个辅助薄膜电容布置于三相IGBT并联半桥组件输出侧并且分别连接直流母排，三相IGBT并联半桥组件布置于大功率主薄膜电容模块与三个辅助薄膜电容之间。本结构克服由于主回路杂散电感和阻抗的不均衡对并联IGBT均流的影响，有效提高IGBT并联的均流特性，提升并联IGBT的使用寿命。

Description

基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构。
背景技术
IGBT作为一种常见功率器件被使用在各种功率设备中，无论是受限于单模块电流能力不足，还是并联方案更具成本优势，或是系统扩展性，系列化要求，越来越多的应用需要使用IGBT并联方案。
IGBT并联使用的关键在于并联IGBT的热功耗均衡，减少并联IGBT寿命的差异性。而IGBT热功耗的均衡关键在于并联IGBT动态电流和静态电流的均流。
随着新一代IGBT晶圆的应用，由于现有并联IGBT自身饱和压降为正温度系数，动态均流成为制约IGBT并联的一个很大障碍，所以现有技术中更多关注的是动态均流，很多应用中不再重点考虑静态均流。但是静态均流与并联IGBT导通回路的阻抗有很大关系，所以为了均热的目的需要考虑静态均流的影响。考虑主回路拓扑对动态和静态均流的影响，需要考虑动态均流的同时，也兼顾静态均流，最终起到动静态均流、均热的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构，本结构克服由于主回路杂散电感和阻抗的不均衡对并联IGBT均流的影响，有效提高IGBT并联的均流特性，提升并联IGBT的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构包括大功率主薄膜电容模块、直流母排、三相IGBT并联半桥组件、三相输出铜排，所述大功率主薄膜电容模块连接所述直流母排，所述三相IGBT并联半桥组件输入端连接所述直流母排、输出端连接所述三相输出铜排，所述三相输出铜排连接电机三相端子，本拓扑结构还包括三个辅助薄膜电容，所述直流母排叠层布置，所述三个辅助薄膜电容布置于所述三相IGBT并联半桥组件输出侧并且分别连接所述直流母排，所述三相IGBT并联半桥组件布置于所述大功率主薄膜电容模块与三个辅助薄膜电容之间。
进一步，所述直流母排与三相输出铜排等面积叠层且电流阻抗均衡。
进一步，所述三个辅助薄膜电容的电容值远小于所述大功率主薄膜电容模块的电容值。
由于本发明基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构采用了上述技术方案，即本拓扑结构包括大功率主薄膜电容模块、直流母排、三相IGBT并联半桥组件、三相输出铜排，大功率主薄膜电容模块连接直流母排，三相IGBT并联半桥组件输入端连接直流母排、输出端连接三相输出铜排，三相输出铜排连接电机三相端子，本拓扑结构还包括三个辅助薄膜电容，直流母排叠层布置，三个辅助薄膜电容布置于三相IGBT并联半桥组件输出侧并且分别连接直流母排，三相IGBT并联半桥组件布置于大功率主薄膜电容模块与三个辅助薄膜电容之间。本结构克服由于主回路杂散电感和阻抗的不均衡对并联IGBT均流的影响，有效提高IGBT并联的均流特性，提升并联IGBT的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构示意图；
图2为以单个半桥为例多个IGBT并联使用时的主回路拓扑结构示意图；
图3为主回路中上桥臂静态均流特性示意图；
图4为主回路中下桥臂静态均流特性示意图；
图5为主回路中并联IGBT开关瞬间的换流路径示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本发明基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构包括大功率主薄膜电容模块C1、直流母排1、三相IGBT并联半桥组件2、三相输出铜排3，所述大功率主薄膜电容模块C1连接所述直流母排1，所述三相IGBT并联半桥组件2输入端连接所述直流母排1、输出端连接所述三相输出铜排3，所述三相输出铜排3连接电机M三相端子，本拓扑结构还包括三个辅助薄膜电容C2、C3、C4，所述直流母排1叠层布置，所述三个辅助薄膜电容C2、C3、C4布置于所述三相IGBT并联半桥组件2输出侧并且分别连接所述直流母排1，所述三相IGBT并联半桥组件2布置于所述大功率主薄膜电容模块C1与三个辅助薄膜电容C2、C3、C4之间。
优选的，所述直流母排1与三相输出铜排3等面积叠层且电流阻抗均衡。
优选的，所述三个辅助薄膜电容C2、C3、C4的电容值远小于所述大功率主薄膜电容模块C1的电容值。
如图2所示，以单个半桥为例，大于等于两个IGBT并联使用时，U相IGBT组件21通过直流母排1与大功率主薄膜电容模块C1和辅助薄膜电容C2相连，辅助薄膜电容C2放置在并联的IGBT组件21的输出侧，大功率主薄膜电容模块C1放置在与输出对称的输入侧，直流母排1做成叠层母排的形式；输出铜排3设计成与直流母排1的电流阻抗均衡；大功率主薄膜电容模块C1的耐压及容值满足IGBT输出特性的需要，辅助薄膜电容C2的电容值远小于大功率主薄膜电容模块C1的电容值，且可以以实测数据来调整。
如图3所示，图中虚线所示为上桥臂静态导通时的电流路径，由于辅助薄膜电容C2的容值较小，不影响静态导通电流路径，直流母排1正极与输出铜排3设计的静态回路阻抗均衡，可以做到上桥臂静态导通均流。
如图4所示，图中虚线所示为下桥臂静态导通时的电流路径，同理由于辅助薄膜电容C2的容值较小，不影响静态导通电流路径，直流母排1负极与输出铜排3设计的静态回路阻抗均衡，可以做到下桥臂静态导通均流。
如图5所示，图中虚线所示为并联IGBT开关瞬间的换流路径，由于直流母排为叠层母排结构，所以分布电感很小，可以提高动态均流的平衡性；其次辅助薄膜电容虽然容值比大功率主薄膜电容模块容值小很多，但是开关瞬间换流在几百ns内完成，开关器件的消耗电荷量并不大，辅助薄膜电容C2可以支撑换流时所需的瞬时电荷，实现动态均流。
本结构中，由于静态电流由大功率主薄膜电容模块提供，而直流母排与三相输出铜排等面积叠层，实现并联IGBT静态导通回路的电流阻抗均衡，从而实现并联IGBT间静态均流。
本结构包含三个辅助薄膜电容，电容值远小于大功率主薄膜电容模块的电容值，辅助电容在不影响并联IGBT的静态导通路径的同时，可以为动态换流器件提供等值开通电压，从而实现并联IGBT的动态均流。
针对本拓扑结构，在双脉冲实验时实测波形，被测IGBT为间隔50mm的两个并联IGBT，实测两个并联IGBT的门极电压波形，以及两个并联IGBT的静态开通集电极电流和动态开关时集电极电流，经对实测波形分析，说明静态均流性能和动态均流性能良好。

Claims (2)

1.一种基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构，包括大功率主薄膜电容模块、直流母排、三相IGBT并联半桥组件、三相输出铜排，所述大功率主薄膜电容模块连接所述直流母排，所述三相IGBT并联半桥组件输入端连接所述直流母排、输出端连接所述三相输出铜排，所述三相输出铜排连接电机三相端子，其特征在于：还包括三个辅助薄膜电容，所述直流母排叠层布置，所述三个辅助薄膜电容布置于所述三相IGBT并联半桥组件输出侧并且分别连接所述直流母排，所述三相IGBT并联半桥组件布置于所述大功率主薄膜电容模块与三个辅助薄膜电容之间，所述三个辅助薄膜电容的电容值远小于所述大功率主薄膜电容模块的电容值。
2.根据权利要求1所述的基于IGBT并联均流的主回路拓扑结构，其特征在于：所述直流母排与三相输出铜排等面积叠层且电流阻抗均衡。
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