杂散电感对高效IGBT逆变器设计的影响

　　图6：开关曲线作为三款IGBT杂散电感LSd的函数：T4（左）、E4（中）、P4（右）；上图为栅极电压；下图为电流和电压曲线。
　　在给定的例子中，当杂散电感约为55nH时，T4会变硬，振荡开始发生。在相同条件下，直到直流母线电感达到约80nH，E4还依然保持了软度。对于针对大功率而优化的P4芯片而言，它在观察到的电感范围内（20nH…100nH）都保持软度。这种观察结果并不出人意外，因为该IGBT是被设计用于高达3600A额定电流的大功率模块。
　　尽管IGBT的电流突变趋势通常在低温和大电流下最为明显，但续流二极管软度通常在低温和小电流下最为关键。这取决于几个因素：因为二极管是一个载流子生命周期优化器件，等离子体密度在小电流下最低，因此拖尾电荷随着电流水平的降低而减弱。此外，迫使二极管换向的开关IGBT通常在低电流水平下开关速度更快。最后，二极管过压与开关电流没有关系，而是由二极管的反向恢复电流峰值的负斜率导致的，该斜率在小电流和低温下同样最陡。
　　由于快速开关瞬变（du/dt和反向恢复di/dt）的影响，直流母线振荡可以很容易地在低电流水平下触发，甚至是在没有二极管电流突变的情况下。图7介绍了续流二极管在不同杂散电感条件下的反向恢复特性。

　　

　　图7：二极管在室温和1/10In条件下的恢复性能（针对不同LS的曲线）。
　　此时，低杂散电感可产品较高的谐振频率，并且有助于抑制这种振荡。当然，如果大杂散电感使得二极管真的出现电流突变，情况会更糟。出于EMI的考虑，这将限制较高杂散电感的使用。
　　本文小结
　　当工作在相同条件下，IGBT针对提高软度需求的设计优化将会付出开关损耗提高的代价。
　　除开关损耗外，开通和关断速度、电流突变和振荡（EMI）的发生也越来越受到重视。寄生杂散电感对直流母线谐振频率和二极管电流突变起到了重要作用。至少从EMI角度考虑，二极管电流突变将会对通过增加杂散电感或提高IGBT开通速度来降低开通损耗有所限制。
　　因此，未来有望推出IGBT的不同型号优化产品。另一方面，考虑到直流母线电感是逆变器设计中的一个自由参数，这将有助于进一步优化损耗。
　　重要的是，为确保采用快速开关器件（如T4芯片），必须对直流母线设计进一步优化。在高能效设计中，对于电感而言，越低越好是一个简单的原则。

--来源：电子系统设计