1、导通状态下电流不均衡的原因
导通状态下电流不均衡的原因有下面2种:
(1)VCE(sat)的不均性。
(2)主电路配线电阻的不均性。
1)VCE(sat)的不均性造成电流的不均衡
如下图所示,因并联连接的IGBT的输出特性的差异,发生电流不均衡。
下图中的Q1和Q2输出特性,可以近似于:
VCEQ1=V01+r1×IC1
r1=V1/(IC1-IC2)
VCEQ2=V02+r2×IC2
r2=V2/(IC1-IC2)
因此,Q1+Q2的并联连接电路中流过ICtotal(=IC1+IC2)的集电极电流时的IGBT集电极电流为:
IC1=(V02-V01+r2×ICtotal)/(r1+r2)
IC2=(V01-V02+r1×ICtotal)/(r1+r2)
VCE(sat)是发生电流不均衡的重要原因。因此,为了得到良好的电流分配,需要将VCE(sat)不均性小的元件组合起来。
2)主电路配线中电阻部分的不均性
下图中表示主电路配线的电阻部分对电流分配带来的影响。与集电极侧的电阻部分比较,发射极侧的电阻部分上的这种影响更大,因此对集电极侧的电阻部分予以省略后进行考虑。
主电路配线中有电阻部分时,由于IGBT的输出特性趋势变得等效性平缓,因此,集电极电流减少。另外,该电阻部分由于有集电极电流流过,产生电位差,实际的门极-发射极间的电压变小(VGE=V-VE),IGBT的输出特性产生变化,集电极电流减少。因此,如果RE1>RE2,由于Q1的输出特性的倾斜变缓,形成IC1<IC2,产生电流分配不均衡。
为了降低这种不平衡,集电极侧的配线需要尽量缩短并均等化。
2、开通、关断时的电流不均衡原因
开通、关断时的电流不均衡原因有元件特性不均性和主电路配线电感不均性2种。
1)元件特性的不均性
由于IGBT交换时的电流不均衡基本上可认为是导通状态的电流不均衡,因此控制了导通状态下的电流不均衡,就能同时控制交换时的电流不均衡。
2)主电路配线电感不均性
主电路配线电感不均性对电流分配有影响的与先前说明的电阻部分的情况相同,可以将上图中的电阻换作电感来考虑。IGBT进行交换时,由于集电极电流变化剧烈,在电感的两端产生电压。由于这种电压的极性是倾向于阻碍交换工作的,这样就使交换时间增加。因此,电感不齐的情况下交换时间会产生偏差,使电流集中在某个元件上。为了降低这种不平衡,发射极侧的配线需要尽量缩短,并且分别均等化。
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