改進的開關(guān)性能快速IGBT帶來新的挑戰(zhàn)
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為了盡量減少直流母線寄生電感引起的電壓尖峰，吸收電容直接安裝在模塊上[4]。關(guān)斷期間電壓曲線uZK可用一個呈指數(shù)衰減的正弦波來表示：
(4)
包絡(luò)線的幅值A(chǔ)，是直流母線電路在臨近T2關(guān)斷時刻之前所提供的電流以及直流母線電壓恒定分量的函數(shù)。開始階段儲存在寄生直流母線電感LZK中的電磁能周期性地來回在吸收電容CZK上擺動（直流母線電容器的有效電容與CZK相比足夠大，因此忽略不計），并且（因為RZK上的損耗）強度不斷減小。在t=π/2時刻，當(dāng)LZK的整個能量WL出現(xiàn)在CZK中，幅值A(chǔ)可確定如下（其中WC代表存儲在CZK中的能量）：本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/230972.htm
其中 ：
(5)
其中：
圖4顯示了t=π/2時正弦波的幅值略高。這是由于LSn（但在公式中被忽略了）的影響。
圖3 不同di/dt時的功率二極管正向恢復(fù)時間
圖4 基于uCE和iC計算出的uZK和uModul曲線
5 模塊的影響
在功率模塊自身，條件是不同的。這里，為了空間和操作安全性（高溫）的原因，沒有安裝吸收電容。因此，模塊固有的寄生電感，如母排、DBC布局和綁定線上的電感，必須通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計措施來最小化。此外，關(guān)斷電壓尖峰只能通過合適的開關(guān)時間調(diào)制方式來改變，因為該值取決于di/dt 。
(6)
其中：
上述公式中包括作為附加元件的二極管電壓UD1。該電壓也表示正向恢復(fù)時間電壓[1]，出現(xiàn)在具有大di/dt的大電流注入正向工作二極管時，即帶有感性負(fù)載續(xù)流的情況。圖3顯示了功率二極管的電壓曲線（對于不同的注入電流值），約10ns-20ns后電壓達(dá)到最大值，然后下降到正常的正向電壓。最高電壓可以高達(dá)幾100V。
6 使用示例曲線定義參數(shù)
圖2中曲線的目的是展示如何定義的關(guān)鍵特征值。示例曲線指的是一個擁有200V直流母線電壓的電路、一個0.68μF吸收電容和一個350μH短路電感的小實驗裝置。
6.1直流母線共享分析
為了給選定的直流母線電壓定義時間常數(shù)τ，從曲線上選取了兩個有意義的測量點：
(7)
對于串聯(lián)諧振電路（RZK，LZK和吸收電容CZK在一個回路中），直流母線的寄生電感，可通過諧振條件的給定頻率（fR =763.5 kHz）計算得到：
磁損耗電阻由下式計算：
因此，該系列諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為：
定義ω、τ、UZK和幅值A(chǔ)更為簡潔和精確的方法，是使用數(shù)值數(shù)據(jù)處理和可視化工具xmgrace[2]。在這一點上，下面的公式適合電壓峰值和經(jīng)過多次振蕩后之間的區(qū)域：
y = a0 + a1 * sin(a2*g0.s1.x-a3) * exp(-(g0.s1.x-a3)/a4) （8）
經(jīng)過20次非線性擬合迭代后的參數(shù)結(jié)果列于表1。結(jié)果曲線如圖4所示。
6.2 分析模塊共享
過電壓的模塊共享可按照兩個步驟進行處理：首先通過對集電極電流曲線IC微分（例如用xmgrace）；然后進行縮放以將新曲線相應(yīng)地插入到第一個UCE電壓峰值。在這里，（負(fù)）的縮放因子被發(fā)現(xiàn)與模塊的寄生電感不對應(yīng)，因此應(yīng)該考慮到二極管的影響。這就是引入虛構(gòu)模塊電感LModule,fict.的原因：
(9)
計算得到的虛擬值：
事實上，電壓曲線uModule不僅取決于半導(dǎo)體的開關(guān)行為和模塊的寄生電感，也取決于二極管的正向恢復(fù)。出于這個原因，LModule,fict必須以二極管的正向恢復(fù)為基礎(chǔ)來進行修正?？偟碾妷涸黾又姓蚧謴?fù)所占的最大份額應(yīng)以最大的di/dt （圖3）為基礎(chǔ)進行估算，在10kA/μs以下，所使用的標(biāo)準(zhǔn)功率二極管的正向恢復(fù)電壓Ufr,max可由下式相當(dāng)精確地得出：
(10)
對于本例中的di/dt=1.3kA/μs，該電壓值約為20.5V。因此，由于是感性分量，過電壓下降到約70V，測試模塊自身的電感下降到49.8nH（計算值）。
兩條曲線的重疊（圖4）帶來最初計算得到的uce，從t=0時刻起適用。例如，現(xiàn)在可以很容易地確定替代吸收電容的特性。
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