如何測量IGBT換流回路中雜散電感？

換流回路中的雜散電感會引起波形震蕩，EMI或者電壓過沖等問題。因此在電路設(shè)計的時候需要特別留意。本文給出了電路雜散電感的測量方法以及模塊數(shù)據(jù)手冊中雜散電感的定義方法。

圖1為半橋電路的原理電路以及開關(guān)上管IGBT1時產(chǎn)生的電壓和電流波形。作為集中參數(shù)顯示的電路雜散電感Lσ，代表了整個回路（陰影區(qū)域）中的所有的分布電感（電容器、母線和IGBT模塊）。

半橋電路以及開關(guān)IGBT1時的電流和電壓波形

由于電流的變化，在雜散電感Lσ上產(chǎn)生了Lσ*dioff/dt的電壓降。它疊加在DC-link電壓Vcc上，被看作是關(guān)斷IGBT1時的電壓尖峰。根據(jù)RBSOA圖，該尖峰電壓必須限制在IGBT模塊的阻斷電壓VCES內(nèi)（芯片上測量，在CE輔助端子上測量）。此外，考慮到模塊主端子和輔助端子之間的雜散電感，在數(shù)據(jù)手冊中給出了一條降額曲線，用于在功率端子上測量電壓時使用。

• FZ1200R33KF2的RBSOA*

通過IGBT導(dǎo)通時，集電極的電壓降可以推導(dǎo)出整個回路的雜散電感：當(dāng)IGBT處于阻斷狀態(tài)且電流已經(jīng)上升時，可以測量di/dt和電壓降ΔV，并根據(jù)公式Lσ=ΔV/di/dt計算得到電感。

回路電感測試波形

模塊內(nèi)部雜散電感計算值在數(shù)據(jù)手冊中會給出。對于單管模塊，這個值就是之前提到的主功率和輔助端子之間的雜散電感；對于半橋模塊或者是有多個橋臂的模塊，這個值表示跟應(yīng)用相關(guān)的上管和下管換流回路。因為模塊結(jié)構(gòu)不同，這個值肯定會比單獨測量上下管電感之和低。對于含有多個橋臂的模塊，從電源到橋臂再回到負電源的情況最壞的換流回路需要被考慮。

測量電路

根據(jù)模塊類型的定義，數(shù)據(jù)手冊上的雜散電感值應(yīng)該做如下解釋：

單管模塊類型FZ

模塊雜散電感通過CE主端子之間測量

半橋模塊類型FF(帶有三個主端子)

數(shù)據(jù)手冊的雜散電感值包含從上管到下管整個回路，從上管C1到下管E2的電感值。

H橋模塊類型F4

這類模塊包含兩個獨立的橋臂。數(shù)據(jù)手冊的雜散電感值包含一個橋臂從上管到下管整個回路，從正極到負極端子。

三相全橋模塊或者PIM類型FS/FP

這類模塊數(shù)據(jù)手冊的雜散電感值是指最壞情況下從上管到下管整個回路的電感值，從P+到N-端子

設(shè)計雜散電感是變頻器產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)中非常重要的一個環(huán)。除了前期的計算和仿真之外，實際測量也是非常有必要的。特別是要模擬現(xiàn)場多種的惡劣工況，如低溫，過壓，大電流等；防止現(xiàn)場功率器件超過安全工作區(qū)導(dǎo)致失效。

參考文獻

AN Measurement of the circuit stray inductance Ls

AN Definition of the module stray inductance Ls

關(guān)于英飛凌

英飛凌設(shè)計、開發(fā)、制造并銷售各種半導(dǎo)體和系統(tǒng)解決方案。其業(yè)務(wù)重點包括汽車電子、工業(yè)電子、射頻應(yīng)用、移動終端和基于硬件的安全解決方案等。

英飛凌將業(yè)務(wù)成功與社會責(zé)任結(jié)合在一起，致力于讓人們的生活更加便利、安全和環(huán)保。半導(dǎo)體雖幾乎看不到，但它已經(jīng)成為了我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。不論在電力生產(chǎn)、傳輸還是利用等方面，英飛凌芯片始終發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。此外，它們在保護數(shù)據(jù)通信，提高道路交通安全性，降低車輛的二氧化碳排放等領(lǐng)域同樣功不可沒。