Параллельная работа силовых полупроводниковых приборов с целью распределения мощной токовой нагрузки IGBT

September 12, 2013 by admin Комментировать »

А теперь возвратимся к разговору о параллельной работе силовых полупроводниковых приборов с целью распределения мощной токовой нагрузки между однотипными маломощными приборами, и выясним, насколько возможно реализовать стремление разработчиков к параллельному включению нескольких IGBT приборов? Можно ли обойтись без токовыравнивающих резисторов в эмиттерных цепях, как это делается в случае применения классических биполярных транзисторов? Ведущие мировые производители силовой элементной базы, в частности, такие как «International Rectifier», «Еирес» и другие, провели независимые подробные исследования режимов работы параллельно-включенных IGBT транзисторов и установили, что IGBT транзисторы более подвержены несимметрии токов при параллельной работе, чем транзисторы MOSFET. Однако в случае выполнения несложных схемотехнических и конструктивных мероприятий на этапе разработки преобразователей параллельно включенные IGBT гораздо лучше симметрируются, чем классические «биполярники», а поэтому их можно включать без токовыравнивающих сопротивлений в эмиттерных цепях.

Транзисторы IGBT одного типа и класса (по сути — с одним наименованием) можно соединять параллельно и без токовыравнивающих резисторов, и это означает, что мы избавляемся от бесполезных потерь мощности на их активном сопротивлении, повышаем КПД схемы. Особенно важно в этом случае создать для всех параллельно-включенных транзисторов одинаковый температурный режим, то есть обеспечить их равномерный (симметричный) прогрев. На рис. 2.1.42 показан результат исследования нагрева параллельно включенных транзисторов. Кривая

Рис. 2.1.42. К исследованию возможности параллельной работы IGBT

(1) отражает поведение абсолютно согласованных по тепловому режиму приборов (случай идеальный, на практике встречающийся редко), кривая (2) — поведение приборов, установленных на общий радиатор конечных размеров, кривая (3) — установленных на разные радиаторы. Хорошо видно, что установка транзисторов на общий радиатор (симметрично, в максимальной близости друг отдруга) создает тепловой режим, близкий к идеальному. Токовая загрузка транзисторов, предполагаемых к параллельной работе, не должна превышать 80…90 % от номинального тока коллектора одиночного прибора. Другими словами, мы должны обеспечить некоторый «токовый запас» на несимметрию распределения токов при параллельной работе.

Второе условие нормальной работе параллельно включенных IGBT приборов — минимально-возможная длина связей между одноименными силовыми и управляющими цепями. Это условие продиктовано тем обстоятельством, что протяженные связи обладают высокой паразитной индуктивностью. При протекании тока индуктивность накапливает энергию, что является причиной опасных выбросов напряжения при резком изменении величины токов (именно в таком режиме коммутации и работают силовые схемы статических преобразователей). В результате названных процессов транзисторы могут быть рассимметрированы по коллекторным токам, причем тем больше, чем выше частота коммутации. Свести к минимуму влияние паразитных индуктивностей позволит конструктивный узел, показанный на рис. 2.1.43.

И, наконец, последняя важная рекомендация относится к цепям управления. Соединять непосредственно затворы параллельно включаемых IGBT приборов нельзя, так как в процессе коммутации может возникнуть «звон» тока в управляющей части транзисторов, который приведет к неконтролируемой коммутации. Источник «звона» — это паразитные эмиттерные индуктивности. Защищаются от «звона» уже

Рис. 2.1.43. Вариант параллельного включения IGBT

знакомым нам по транзисторам MOSFET способом: включением затворных резисторов Rg и развязкой цепей «эмиттер силовой» и «эмиттер управляющий» согласно рис. 2.1.44. О выборе затворных резисторов мы уже говорили выше. Добавим только, что эмиттерные резисторы Rey связывающие схему управления с приборами IGBT, должны иметь небольшое сопротивление — порядка 0,1 Ом. Эти резисторы подключаются непосредственно к эмиттерам транзисторов VT1 и VT2, желательно как можно ближе к месту их входа в корпус приборов. Впрочем, если обеспечена гальваническая развязка между схемой управления и затворами IGBT транзисторов,атакже на корпусах IGBT приборов имеются специальные конструктивные выводы «эмиттер управляющий», резисторы Re можно не устанавливать.

Теперь необходимо сделать краткий обзор той продукции, которую можно встретить в прайс-листах организаций, торгующих электронными компонентами для силовой преобразовательной техники, в номенклатурных каталогах и просто в магазинах электронных компо-

Рис. 2.1.44. Разводка цепей управления параллельно включенных транзисторов IGBT

нентов. Конечно, этот обзор не сможет вместить все многообразие производимых в мире IGBT транзисторов и модулей на их основе, но, надеемся, он в чем-то поможет читателям, которые собираются заняться разработкой преобразовательной техники на перспективной элементной базе.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты