全控型器件并聯均流技術工程化教學

梅建偉+田艷芳+雷鈞+劉杰+魏海波

【摘要】全控型器件并聯運行能夠承受更高的負載電流、降低成本和減小功率變換裝置的體積，但是全控型器件并聯設計時需要考慮靜、動態均流問題。本文詳細的討論了影響靜態均流和動態均流的主要因素，同時根據工程應用的實際情況，給出常用的器件并聯和模塊并聯的電路，該教學內容的設計，促進全控型器件并聯均流技術的工程化應用。

基金項目：本科教學建設與改革項目資助：面向電動車輛工程方向的自動化專業人才培養模式研究與探討，項目編號：JX201603-1.

【關鍵詞】并聯；靜態均流；動態均流；均流電路

【分類號】G643；G254.97-4

為了提高功率器件的載流能力和耐壓，可以采用多個器件并聯來承擔較大的電流和采用

多個器件串聯來提高開關器件的耐壓，但是器件在串聯和并聯時，由于其靜態和動態特性參數的差異而使得電壓和電流分配不均勻，在實際使用時必須采取一定的措施，使得串聯和并聯的功率器件的電壓和電流均勻，這里主要討論MOSFET和IGBT的并聯均流技術。

1、全控型器件并聯運行特點

1.1 MOSFET并聯運行特點

1）Ron具有正溫度系數，具有電流自動均衡的能力，容易并聯。

2）注意選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯。

3）電路走線和布局應盡量對稱。

1.2 IGBT并聯運行特點

1）在1/2或1/3額定電流以下的區段，通態壓降具有負溫度系數，在以上的區段則具有正溫度系數。

2）并聯使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯。

2、全控型器件并聯

2.1并聯的影響因素

影響全控型器件并聯均流特性的因素要從其應用電路來分析，主要是三個因素：MOSFET或者IGBT的參數、驅動電路以及換流回路。其影響因素見表1。

2.2均流措施

1）器件的選擇

a）選擇輸出特性和轉移特性盡量一致的全控型器件，飽和壓降與溫度有關，不同結構類型的全控型器件其飽和壓降的溫度系數是不同的；

b） 器件并聯使用時即使靜態和動態均流措施都做到極致，在實際使用時仍然要降額使用。

2）回路電感的影響

a）并聯時，換流主回路的電感盡量均衡，并且使得線路電感保持最小；換流回路電感的大小將影響開關器件的開關速度和柵極驅動特性；

b）并聯布線時嚴格對稱布線；

c）驅動回路的電感盡可能小，驅動回路的電感可能引起柵極震蕩，并且這種震蕩在并聯的開關器件之間傳播；

3）散熱系統

并聯的開關器件或者功率單元的散熱應該均勻，散熱面積和散熱方式嚴格對稱，如果IGBT散熱出現熱量過于集中，IGBT溫度差別大，會影響的溫度特性。

4）驅動電路

驅動電路參數的影響并聯IGBT的門極驅動電壓Vge的大小主要影響并聯IGBT的靜態均流，而門極驅動信號的變化率、門極驅動電阻Rg、驅動線路的布局和感抗等參數則對并聯IGBT的動態均流有很大的影響。

3、器件篩選原則

在大功率IGBT并聯之前，首先要對IGBT的部分參數進行測試，盡量選擇測試參數一致的器件進行并聯，主要測試以下參數：

1）IGBT飽和壓降：測試精度至少要達到mv級別，最好選擇飽和壓降偏差在100mv以內的IGBT并聯；

2）IGBT內建二極管飽和壓降：內建二極管飽和壓降不同會導致靜態電流時，出現溫度升高不一致的情況；

3）IGBT內建二極管反向恢復時間：如果內部二極管的速度太慢，那么實際使用時IGBT還需外接一個高速大容量的二極管。

4、并聯均流電路

1）開關器件的并聯電路

電阻R7和R8的主要功能是在柵極和發射極的回路中起到阻尼作用，其阻值大小在0.5—2Ω范圍之內。

2）功率單元的并聯電路

功率單元并聯時，主回路布線時可以通過調節主回路布線的長度和寬度調節并聯單元之間的寄生電感的大小，在保證回路寄生電感盡可能小的前提下，通過線路電感起到調節電流的作用。

連接板主要是對PWM控制信號進行預處理，同時保證連接板輸出的控制信號連接到不同功率單元時，線路的寄生電感小，并且布線嚴格對稱。

3）開關器件并聯的三相逆變電路

5、結論

針對工程上經常采用全控型器件并聯的問題，本文在分析IGBT并聯均流影響因素的同時提出了一些有助于全控型并聯設計的建議，所給出的測試方法和應用電路在全控型器件并聯系統中可以作為方向性參考。

參考文獻：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2]邢巖等.電力電子技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]郭榮祥，崔桂梅.電力電子應用技術[M].北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：梅建偉（1978.10）男，湖北麻城，副教授，碩士研究生，湖北汽車工業學院，研究方向：電力電子變換技術以及電機控制技術方面的研究。