母排低杂散电感设计

电力电子无源器件集成商低杂散电感的直流母线设计电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08072功率损耗与杂散电感的影响vCE(t)iC(t)VCCIO0t0t10tpv(t)iCvCEt2t1vswitchdttpEt2CECvvipVCE,IC,Pv,Eswitch的关系电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08073开关速度的影响如果增加开关速度,将减少开关损耗EswitchvCE(t)iC(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2EswitchvCE(t)iC(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2Eswitch电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08074vCE(t),iC(t)VCCIO0tvGE(t)VGE,IoVGE(th)0tVGG+VGG-杂散电感对关断过程的影响开通(通过续流二极管换流)0tvCE(t),iC(t)VCCIOvGE(t)VGE,IoVGE(th)0VGG+VGG-t关断(带感性负载时,换流到续流回路)由杂散电感引起的尖峰电压由杂散电感引起的压降电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08075开通和关断IGBT模块在端子上引起的过电压由杂散电感引起的压降电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08076低感汇流母线简介汇流母线(BUSBAR):汇流母线用于完成电力电子产品中功率电路和器件的电气连接，通过正负极层叠平行分布的结构形式降低线路分布电感，从而降低功率元件两端的反向峰值电压，降低功率器件对电压保护吸收电路的要求，提高功率器件运行的可靠性和稳定性，同时提高了电路的集成度，便于维修维护。电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08077低感汇流母线简介优点:★低电感系数★减少电压尖峰对元器件的损害,延长（提高）电子元件的使用寿命★最小的阻抗、压降★降低系统噪音和电磁干扰/射频干扰★方便安装和现场维护★减少部件数量，增加了系统的可靠性★简洁、美观电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08078汇流母线的应用电力电子工业变频器逆变(变流)器风力发电UPS系统电焊机测试设备交通运输电力机车轨道交通电动汽车电驱动船舶航空航天卫星系统航天飞机导弹系统军事潜艇通讯系统装甲车辆雷达系统电力电子无源器件集成商NorbertPluschke08079设计低杂散电感直流母线的理由为什么直流环节要低电感设计?由于直流环节的杂散电感,在IGBT关断时会出现过电压:加上直流母线电压可能导致VceVcemax,过电压可以损坏IGBT通过直流环节低电感的设计(较小的Lstray),这些过电压能显著减小.dtdiLvstrayovershootlinkDCovershootCEvvv电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080710换流回路的寄生元件电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080711杂散电感的影响dtdiLvstrayovershootL模块电感+L直流母线电感模块内部过电压+模块主端子的过电压电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080712不良的直流母线设计电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080713不同结构母排的电流分布及电感平行铜排的表面电流分布Ls=73.4nH层叠铜排的表面电流分布Ls=10.6nH电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080714如何检查和分析杂散电感?底层顶层测试点我们需用导线取代电容来测量杂散电感电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080715低电感的设计结构设计对杂散电感有显著影响导体必须平行=电流反并联=没有磁场Lstray=100%Lstray20%loop1cm²≈10nH电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080716低电感的设计结构设计对杂散电感有显著影响电流流动没有环路=电流反并联=没有磁场Lstray=100%Lstray=30%剩余环路保持交叉电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080717结构设计对杂散电感有显著影响电流流动没有交叉=电流反并联=没有磁场低电感的设计Lstray=100%Lstray=50%保持交叉电容的并联更能降低电感电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080718直流母线的设计原则-直流母线+半层直流母线+/-全层-直流母线孔要在合适的地方电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080719电容端子结构+/-的影响4,56nH5,55nH4,42nH3,62nH-不带电容的测量电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080720低电感的直流母线设计结构设计对直流母线的杂散电感有显著影响方向也要考虑Lstray=100%Lstray=80%+-+-电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080721LowInductanceDC-linkDesign+busbar-busbarSimulationofcurrentdistributionforthecaseofLstray=80%电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080722-+-+-+-+-+-+IGBT模块电容低电感的方案低电感的直流母线设计不同设计的比较两个电容串联考虑电容连接到功率模块的方向-+-+-+-+-+-+IGBT模块电容++--+++典型的方案电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080723基于SEMiX模块的直流母线良好布局电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080724Semitrans带不良布局的直流母线电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080725Semitrans带低电感的直流母线设计RGoffRGonRGEZ-diodeRGoffRGonRGEZ-diode电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080726举例+-+-+-电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080727举例电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080728电容矩阵1.5MW风电(双馈)变流器DC-LINK功率单元ACVdc电机电网电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080729电动汽车方案电池电机A电机B电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080730母排结构测试-di/dt=4.3kA/us母排宽度(mm)母排电感(nH)5021702012020电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080731母排的电感以IGBT和电容之间的距离为函数母排平行,无开放区电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080732直流母线绝缘的影响-绝缘层的厚度是重要的-绝缘层厚度作为附加杂散电感的函数-绝缘层厚度作为附加高频电容局部放电的函数-铜层-绝缘层-铜层电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080733母排电感作为绝缘片厚度的函数电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080734绝缘材料性能材料密度热膨胀系数热导率相对电导率介电常数介电强度阻燃等级绝缘耐热等级吸水性g/cm310exp（-6）/℃W/M.K％f=60HzkV/mm（24h）/%NOMEX0.8～1.10.143\1.29UL94V-0C(220)NMN1.1～1.30.136\2.414UL94V-1F(155)DMD1.20.129\4.311UL94V-1H(180)NHN1.10.141\4.88UL94V-0F(155)PI聚酰亚胺1.42200.094\3.59UL94V-0C(220)0.24PVF1.38530.126\10.419.7UL94V-0A(105)0PET聚酯薄膜1.2～1.41600.128\3.825.6UL94V-2E(120)0.1～0.2521环氧粉1.3245～650.18\3.5～4.015.7UL94V-0F(155)0.1电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080735如何测量杂散电感?电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080736如何测,在哪里测?IC-Messung-5VRLLLUB电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080737测试配置ACSkiiP模块IGBT驱动上管下管测量下管的VCEmax.上管的IGBT通过导线或电感短接,加双脉冲到下管IGBT不要吸收电容,吸收电容要移去VCEBOTTOPINBOTIN0VDoublepulseCDC-link直流电源DC+DC-电流探头,Rogowskicoil电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080738它是如何工作的?UGEICttT2TPT1续流二极管的反向恢复电流IC-Messung-5VRLLLUBIf电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080739带双脉冲发生器的IGBT电流电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080740波形图–过压,电流,短路电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080741杂散电感的计算dtdiLvstrayovershoot电力电子无源器件集成商NorbertPluschke080742