电力电子器件的并联技术优化方案

为了增加器件可以承受的大电流，可通过器件的并联来增加整个设备的容量。多个器件在并联时由于受到支路阻抗差异、并联器件通态伏安特性与开通时间差异的影响会造成稳态及瞬态电流分配不均及开通过程电流上升率的差异。只有当各个器件在静态（例如正向导通运行）又在动态（如在开关时刻）均达到理想的电流均衡状态，才能最大程度地利用并联后的开关器件。

图1-52 四个IGCT串联电路

某个并联臂的器件并联的数目不仅与总电流及器件的额定通态电流有关，同时还要考虑并联的多个器件的均流情况、电流的波形、海拔、散热等因素。每臂的并联个数通常为

式中，I_A（AV）为臂的平均电流；I_T（AV）为串联器件的额定正向通态电流；并联系数K_p在考虑上述因素时，还要考虑设备的电流过载系数、设计安全裕量、环境温度系数等，一般K_p取值为3～5.5。

解决并联器件均流的问题主要考虑以下几个方面：

1）主电路配置问题，即保证在总电路中每个器件所对应的总电路电感（器件内与器件外）严格的一致性。因为开关并联的同时也意味着换相电路的并联，如果换相电路有着不同的电路电感，则可能在快速电力电子器件中引起不同的开关速度，进而导致动态的不均流。

2）并联器件参数的一致性，主要考虑器件的饱和压降、转移特性等。

3）对于大电流平板式器件，在安装时，安装压力的不一致会导致其接触电阻的差异，应使并联使用的多个器件达到并且有相同的安装压力。

如多个IGBT并联，在实际应用中，对于所并联的各个器件从特性上应尽量保持一致，其电流是否均衡主要受表1-13所示因素的影响。(www.xing528.com)

表1-13 影响电流均衡的主要因素

注：×代表有影响。

对于并联的IGBT来讲，其在稳定的正向期间内所产生的正向导通压降是相同的。因此，其电流分布取决于各输出特性之间的偏差。最初较大部分的电流流经有较低饱和特性的管子，这导致较高的开关损耗，由此产生的结果是该器件结温上升较快。NPT型IGBT的温度系数在额定电流范围内几乎全部为正值，其饱和压降随温度一起上升，电流将转移至最初承载较少电流的管子，最终电流在并联的各个器件中均匀分布。与此相反，PT型IGBT的温度系数在额定电流范围内几乎全部为负值，一般来讲，不适合并联使用。

动态不均流是由于IGBT的转移特性、开启电压和开关延迟时间的不一致在其开关瞬间产生动态的不均衡，尤其是在关断期间。在关断期间，因为具有相同的栅极电压，NPT型IGBT具有较陡的转移特性将使器件在动态电流扩散期间承担较大部分的电流，并由此导致较高的关断损耗。

图1-53所示为三个IGBT的并联电路，其中器件选用NPT型IGBT，它具有正的温度系数同时还具有参数偏差小的优点。三个IGBT共用一个驱动电路，除了驱动末极中共用的栅极前置电阻R_Gon和R_Goff以外，附加电阻R_GonX和R_GoffX起着阻尼栅极-发射极回路内的寄生振荡的作用，同时还可以抵消由于不同的转移特性所引起的负面影响。R_GonX和R_GoffX的阻值应在0.2～5Ω之间。电阻R_EX的作用是抵制经过辅助发射极的平衡电流，其数值大约为0.5Ω。电阻R_CX用来确定U_CE的实际平均值，前提是采用U_CE（sat）监测方法来实现过电流或短路保护。

对于多个IGBT并联使用，即使在设计时已使得器件的选择、驱动电路和路线布置达到最优，但其静态和动态仍不可能达到理想的均衡。因此，总的开关电流相对于额定负载电流必须有一个适度的降额。从多种不同应用的实际经验出发，推荐的降额幅度为15%～20%。如三个U_CE=1200V、i_C=300A的IGBT模块并联，并联电路的额定电流为I_Ctol=3×300×（0.8～0.85）A=720～765A。

图1-53 三个IGBT的并联电路