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IGBT并联的降额必然性问题探讨

导读: IGBT模块在并联时的降额必然性问题同器件的工艺问题一样是一个老问题了。在试图回答该问题时,工程师们通常会很快地发现自己处在一个两难的位置上。过去,人们针对该问题提出了一些考虑统计因素的方法,但是到目前为止,仍然没有人可以回答这样的关键问题...

  IGBT模块在并联时的降额必然性问题同器件的工艺问题一样是一个老问题了。在试图回答该问题时,工程师们通常会很快地发现自己处在一个两难的位置上。过去,人们针对该问题提出了一些考虑统计因素的方法,但是到目前为止,仍然没有人可以回答这样的关键问题,即如果降额低于最差情况分析方法所建议的降额时,超出器件限值的概率有多大。现在,英飞凌公司推出的蒙特卡罗模拟工具可以给出这方面的信息。

  之前采用的方法(最坏情况分析方法)

  并联开关IGBT模块的参数浮动会导致电流不平衡,从而使得不同模块的工作温度不一致。问题是同简单工作模式相比,模块可以在何种程度上实现并联工作。

  比如“最坏情况分析方法”等以前的方法是根据产品手册中的最大值计算得出降额系数,从而确定并联并非一个好主意。

  如图1所示,以下这个例子给出了在给定总电流为700A 时,计算五个并联的FF200R12KT3模块的DC电流不平衡度的过程。其中,每个模块的环境参数为:UDC= 600V, IRMS= 140A, fMotor= 50 HZ, fsw= 6500Hz, 以及cosφ = 0,9。

IGBT并联的降额必然性问题探讨

图1:五个并联的FF200R12KT3模块

  如果所有的模块都精确地具有产品手册所给出的典型静态和动态参数,那么计算得到的工作温度为TJ=114°C。假设所有模块都在最高额定限值条件下工作,并且施加饱和电压,那么结温将提高8°C到122°C。

  下面,我们用所谓的“最差情况”方法进行分析。如图2所示,一个模块(类别1)工作在典型饱和电压下,而其他四个模块(类别2)工作在最高限值条件下。

IGBT并联的降额必然性问题探讨

图2:饱和电压柱状图

  具有典型饱和电压的模块(类别2)的工作电流为197A。在开关条件下的最高结温将超过10°C到135°C。而在最高限值条件下的模块结温为119°C,电流为126A。这些数据表明,在最差假设情况下的并联仅仅存在降额可能性。但这是否必然发生?降额的可能性有多大?下面的分析将给出这些问题的答案。

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