IGBT并联技术驱动配置的优化策略与实践

IGBT驱动器在并联的场合有2种配置方法（LS1，LS2为杂散参数）： “一拖多”，即一个驱动器驱动2个或多个“硬并联”的IGBT，如左下图所示；

“一拖一”，即一个驱动器只驱动1个IGBT，IGBT再通过铜排直接相连，这叫“驱动器直接并联”，如右下图所示：

下面将首先介绍“一拖多”，也就是IGBT硬并联的情况，这种情况比较常见。

IGBT硬并联的特点分析

优点：

IGBT模块之间并联在一起，不需要均流电抗，比较紧凑和经济

缺点：

对直流母排对称性要求很高； 比较容易产生发射极环流； 功率电路与门极回路产生耦合。

IGBT硬并联时的技术风险点如下：

（1）发射极环流问题；

（2）门极回路与功率回路产生耦合（门极共模环流问题）；

（3）直流母排杂散电感不对称产生的问题；

（4）交流排杂散电感数值过大所产生的问题；

（5）IGBT开通门槛电压VGEth，开通延迟的差异所产生的问题；

（6）门极回路杂散电感不对称所产生的问题；

（7）IGBT模块并联数增多的风险。

IGBT驱动器直接并联：

如下图所示，两个模块通过铜排直接连接在一起，这里没有把交流侧杂散电感表示出来。这是一种介于IGBT硬并联与IGBT桥臂并联的方法

它的特点是：

1. 每个IGBT有独立的驱动器； 2. IGBT的连接形式接近于硬并联，两桥臂交流输出端通过铜排直接相连； 3. 可能存在发射极环流，但不同的IGBT门极回路间不存在耦合，IGBT的开关行为很独立； 4. 对IGBT个体的一致性要求降低； 5. 对直流母排杂散电感对称性要求降低； 6. 对Vge信号的同步性要求非常高； 7. 对Vge驱动电源电压一致性要求非常高；

IGBT驱动器直接并联的优点：

1. IGBT驱动器直接并联使得桥臂的操作完全独立，不同的门极回路间不存在耦合，即便有发射极环流存在，也不会叠加扰动到Vge电压上，Vge的波形比较纯粹，不会受到驱动器信号以外的其他扰动； 2. 不介意交流输出端的杂散电感(Ls1,Ls2)，且欢迎这些杂散电感，甚至是一定数值的均流电抗，因为Ls1，Ls2起的作用就是削弱或阻断桥臂间电流耦合，只需有百nH级别的感量，桥臂间流动的高频电流就会被极大地削弱； 3. 弱化了系统中各种轻微差异因素带来的问题，例如，直流母排杂散电感的对称性差异，VGEth的差异，tdon，tdoff的差异等。这些差异都很容易被忽略掉； 4. 并联设计风险大大降低；

IGBT驱动器直接并联的关键点： 1. 驱动器直接并联对IGBT进行硬并联，则交流输出杂散电感Ls1，Ls2数值会很小，这就要求驱动器的同步性要很高，即从驱动器接收到PWM信号到执行该信号之间的时间差必须足够小，且关键是误差要很窄，稳定性要高； 2. 两个并联的驱动器的电源电压要非常一致；

CONCEPT驱动器直接并联技术：
CONCEPT率先提出了驱动器直接并联技术。

1. SCALE-2芯片组使用磁隔离时，PWM信号传输延时为80ns±4ns，这样的精确延迟可以确保驱动器直接并联技术得以实现； 2. 副方芯片自身的稳压功能使驱动电压一致性得到保证；  使用了直接并联技术的1SP0635，及1SP0335如下图：

CONCEPT的实现方法：

1.SCALE-2芯片组可以实现，原方PWM信号至Vge的精确延时；

2.副边15V开通电压与-10V关断电压完全相同；

IGBT均流的测试方法： 静态均流测试时，使用柔性电流探头，测桥臂输出电流，测量其电流有效值，考核两桥臂一致程度。柔性电流探头在测量I1和I2时，可能会见到下图的情况。上面的尖刺就是流过L1，L2的换流电流。要想办法消除。

 

审核编辑：黄飞