影响@@IGBT和@@SiC MOSFET在@@系统中@@的@@@@动态特性有两个非常重要的@@参数@@：寄生电感@@和@@寄生电容@@。而本文主要介绍功率回路中@@寄生电感@@的@@定义和@@测试方法@@，包括直流母线电容的@@寄生电感@@@@，直流母排寄生电感@@以及模块@@本身的@@寄生电感@@@@。
功率电路寄生电感@@在@@@@哪里@@？
图@@1给出了半桥电路中@@不同位置寄生电感@@示意图@@@@，主要包括三类@@：连接母排及功率回路中@@的@@@@寄生电感@@@@，IGBT模块@@内部寄生电感@@@@，直流母线电容寄生电感@@@@，分别如下图@@中@@@@a、b、c所示@@。
图@@1 半桥电路中@@三类寄生电感@@位置示意图@@@@
1. 连接母排以及功率回路中@@的@@@@寄生电感@@@@
连接母排以及功率回路中@@的@@@@寄生电感@@@@，如图@@@@1中@@a位置所示@@@@。对于功率模块@@中@@常见的@@连接母排主要包括并行母排和@@叠层母排@@。寄生电感@@取决于母排的@@宽度与间距之比@@，并行母排每米的@@寄生电感@@可高达@@550nH，而叠层母排可以实现非常低的@@寄生电感@@@@，所以在@@大电流@@的@@@@IGBT、碳化硅功率回路设计更推荐使用叠层母排@@。一个@@200mm长的@@叠层母排@@，假设宽度为@@100mm，它的@@绝缘层厚度可以做到@@0.5毫米@@，这时寄生电感@@可以做到个位数量级@@。
2. IGBT模块@@本身也存在@@寄生电感@@@@
IGBT模块@@本身也存在@@寄生电感@@@@，主要包括内部键合线@@、 DCB和@@覆铜层以及其接线端子之间@@@@回路包围的@@面积@@，如图@@@@1中@@b位置所示@@@@。IGBT模块@@本身的@@寄生电感@@对不同的@@拓扑定义不同@@，其数值与封装也有关系@@，往往在@@数据表@@中@@会给出@@，如下表@@@@1所示@@，是一个@@@@62mm半桥模块@@的@@寄生电感@@@@，约为@@20nH。
表@@1 62mm 半桥模块@@的@@寄生电感@@@@
当@@IGBT关断时@@，变化的@@电流@@@@di/dt会在@@回路寄生电感@@上产生电压@@，这个感应电压会叠加在@@母线电压上@@，使得@@IGBT CE之间@@出现一个@@电压尖峰@@。因为有模块@@内部寄生电感@@@@的@@存在@@@@，IGBT芯片实际承受的@@电压大于在@@模块@@主端子上测得的@@电压@@，因此部分@@模块@@在@@定义@@RBSOA曲线@@时@@，会分别给出芯片级和@@模块@@级的@@@@曲线@@@@，模块@@级的@@@@RBSOA曲线@@会低于芯片级曲线@@@@，如图@@@@2所示@@。更多详细信息可参考@@《IGBT安全工作区知多少@@》。
图@@2 IGBT的@@RBSOA曲线@@
3. 直流母线电容以及相应引脚处的@@寄生电感@@@@
直流母线电容以及相应引脚处的@@寄生电感@@@@，如图@@@@1中@@c位置所示@@@@。图@@3给出大功率电力电子@@线路用的@@直流母线电容的@@数据表@@@@，寄生电感@@在@@@@15-40nH 之间@@。
图@@3 大功率直流母线电容数据表@@@@
电感@@的@@测试原理@@
下面来分析寄生电感@@测量方法的@@基本原理@@：变化的@@电流@@@@流经电感@@会产生电压降@@，di/dt和@@电感@@上产生的@@电压降满足公式@@：
我们上面列举的@@三类电感@@@@，均可以测量不同端子两端的@@电压和@@电流@@计算@@。在@@IGBT应用中@@@@，我们重视整体功率回路电感@@对@@IGBT CE极间电压的@@影响@@@@，因此测试时会把电压探头的@@表@@笔@@，夹在@@@@IGBT模块@@CE端子之间@@@@。这里以测试@@IGBT 62mm模块@@为例@@@@，展示具体操作细节如下@@：
将待测@@62mm IGBT模块@@串联接入双脉冲半桥测试回路中@@@@，同时保持上管常关@@，下管给定双脉冲驱动信号@@，将电压差分探头连接在@@图@@@@4(a)中@@b1和@@b2两点之间@@@@，使用电流@@探头测试流经下管的@@@@Ic电流@@，实测模块@@以及探头放置位置如图@@@@@@4(b)所示@@，同时图@@@@5也给出了@@Infineon 62mm模块@@的@@双脉冲测试结果@@。
图@@4 62mm IGBT模块@@内部寄生电感@@@@测试方法@@
图@@5 62mm IGBT模块@@的@@开通和@@关断测试波形@@
在@@开通瞬态和@@关断瞬态@@，杂散电感@@上都会产生电压降@@，那么究竟是选择开通还是关断过程来计算杂感值呢@@？对于关断过程中@@产生的@@@@Vce电压尖峰主要包含杂散电感@@上的@@电压和@@二极管的@@正向恢复电压@@，如图@@@@5(a)所示@@，且@@IGBT的@@关断@@dic/dt不太受门极控制@@，且@@电压尖峰持续时间比较短@@，测量精度相对不高@@。而对于@@IGBT的@@开通暂态下这些情况均不会存在@@@@，故实际情况下通常选择开通暂态来进行测量寄生电感@@@@，如图@@@@5(b)所示@@，其中@@@@集电极电流@@的@@上升产生了电流@@变化率@@diF/dt，同时由于换流通路中@@的@@@@杂散电感@@两端电压方向与开关管@@Vce两端电压方向相反@@，导致集@@-射极电压波形出现电压降@@ΔVce。
以图@@@@5(b)为例@@，其中@@@@，
由于实际@@IGBT模块@@是包括有辅助端子和@@无辅助端子两种@@，测试中@@包含的@@杂散电感@@也不太相同@@，在@@辅助端子测试出的@@寄生电感@@包括图@@@@6中@@的@@@@a+b+c部分@@；在@@主端子测试出的@@寄生电感@@包括图@@@@6中@@的@@@@a+c部分@@，不包含@@IGBT模块@@内部的@@杂散电感@@@@。
图@@6 IGBT模块@@寄生电感@@示意图@@@@
本文介绍了杂散电感@@的@@定义及测量方法@@。寄生电感@@的@@存在@@会@@IGBT增加关断损耗和@@关断电压尖峰@@，引起震荡等诸多问题@@，所以实际应用中@@@@还需要尽可能地减小回路杂散电感@@@@。
本文转载自@@：英飞凌@@工业半导体@@