淺析IGBT并聯(lián)技術-并聯(lián)方法分類

IGBT并聯(lián)技術-并聯(lián)方法分類

IGBT并聯(lián)可以分為“硬并聯(lián)”及“橋臂并聯(lián)”2大類。

（1）“硬并聯(lián)”指的是IGBT的發(fā)射極和集電極直接連接在一起，如左下圖所示；

（2）“橋臂并聯(lián)”指的是，IGBT橋臂的交流輸出端通過均流電抗（感量有一定數(shù)值）連接在一起，如右下圖所示；

橋臂并聯(lián)： 橋臂并聯(lián)是一種風險比較低的并聯(lián)技術；

硬件電路的特征：

（1）兩個橋臂的輸出首先接到一個均流電抗，然后再將電流匯在一起；

（2）并聯(lián)的兩個IGBT不能共用IGBT驅(qū)動器，必須使用各自獨立的IGBT驅(qū)動器；

（3）驅(qū)動器的輸入PWM信號必須足夠同步的。



IGBT橋臂并聯(lián)拓撲中的換流回路分析： 在IGBT橋臂并聯(lián)的電路拓撲中，兩個橋臂有各自獨立的換流回路，這兩個橋臂是不會存在交換電流的情況。 具體地說：

（1）如果在D1續(xù)流時開通Q2，則D1發(fā)生反向恢復，且反向恢復電流全部流進Q2，不會跑到Q4去，如下圖紅線所示；

（2）如果Q2在導通電流，則關斷Q2時，電流全部被D1所續(xù)流，不會跑到D3去。

原因就是在兩個橋臂之間，存在著L1和L2這兩個電抗，這樣兩個橋臂之間的動態(tài)阻抗會比較高，換流的動態(tài)過程中的高頻電流是不能從一個橋臂跑去另外一個橋臂的，被電抗阻擋住了。



結論：這種并聯(lián)方法不存在動態(tài)均流的風險。每個橋臂的換流行為獨立進行。

以上命題成立有一個很重要的前提，就是L1和L2的數(shù)值必須足夠大，至少足以阻擋橋臂間的換流行為。

IGBT橋臂并聯(lián)拓撲中均流電抗的分析：

在IGBT橋臂并聯(lián)拓撲中，每個橋臂的輸出阻抗會決定輸出電流有效值的分配情況，在下圖中，均流電抗L1和L2分別歸屬左橋臂和右橋臂，很顯然，橋臂的輸出阻抗的主體是均流電抗的感抗，而IGBT橋臂本身的阻抗與感抗相比可以忽略。

所以，決定兩橋臂的出力水平（或整體均流水平），主要由均流電抗L1和L2的感量決定。感量偏大，則對應橋臂的輸出電流偏小，感量偏小，則對應的橋臂的輸出電流偏大。



結論：橋臂的整體均流情況，是由橋臂的均流電抗的感抗的比例決定的。

這種電路中，電抗的制造工藝比較關鍵，感量的偏差水平將決定橋臂的靜態(tài)均流水平。電路均流的風險轉(zhuǎn)移到了電抗上。

IGBT橋臂并聯(lián)拓撲中驅(qū)動信號同步性的分析： 在IGBT橋臂并聯(lián)拓撲中，要求PWM信號要足夠同步，這里“同步”這個概念需要量化。用很具體的方式來描述信號同步的程度。

在這種應用中，同步性要求比較低，不需要達到nS級，有百nS級即可。

如左下圖所示，兩個光纖發(fā)光頭被同一個電流點亮，然后將信號傳遞到INA及INB，我們可以說這兩個信號是“同步”的，但其實發(fā)光頭，光纖通路，接收頭理論上都是存在時間差異的，在最差的情況下應該有幾百ns，甚至超過1us的差異。

不過在橋臂并聯(lián)應用中，這是完全可以接受的。工程中可以忽略這個差異。



IGBT橋臂并聯(lián)拓撲中均流電抗的選取原則： 均流電抗的數(shù)值的選取很重要，因為電抗的成本不低，如果感量太大了，成本就會上去，且散熱也是問題。

因此選均流電抗的原則是：在滿足均流性能的前提下，感量盡量低。

（1）均流電抗的感量越大，橋臂間的耦合越弱，越不容易發(fā)生環(huán)流現(xiàn)象；

（2）橋臂的結構對稱性越好，均流電抗感量要求越低；

（3）兩橋臂的PWM脈沖同步性越好，均流電抗感量要求越低；

（4）驅(qū)動電路一致性越好，（例如門極電壓數(shù)值），均流電抗感量要求越低；

（5）具體的感量數(shù)值的確定比較大程度上需要靠實驗，可能的數(shù)值會在幾uH到幾百的uH的水平，根據(jù)應用不同而不同。



IGBT橋臂并聯(lián)應用的其他實例：

下圖分別是Buck電路和Boost電路的實例，都使用了橋臂并聯(lián)的方式。這兩種方式在實際中都比較常見。

不過這兩種應用中電抗的主要目的不是為了均流，是為了輸出電壓的紋波水平，所以感量的選取有其他的約束條件。