由于IGBT特性,关断尖峰在低温的时候将会变得更加厉害。25℃时,测得的关断尖峰已经大于180%的母线电压。对于额定电压1200V的器件来说,母线的最大允许电压只能是650V。在过载情况下安全关断IGBT变得没有可能。在实际测试中,当测试条件为720A/600V/TJ=25℃时,IGBT已经损坏。同样的测试条件,如果采用不对称寄生电感,电压尖峰可以得到有效的抑制,如图4所示(开通时L=50nH,关断时L=5nH)。
1.2IGBT开通
图1中IGBT开通时,续流二极管会反向恢复,反向恢复电流会增加到IGBT的输出电流中。如图5所示,开通时和关断时L均为50nH。
采用不对称寄生电感技术,电流的波形基本一致,但是内部集成的吸收电容的确会对续流二极管的反向恢复造成一定的影响,如图6所示(开通时L=50nH,关断时L=5nH)。当开通时,D1的反向恢复电流会增加VT1中的电流。该电流在反向恢复截止时开始下降,但是开通时额外的能量被存储在寄生电感Lparasitic中。其中的一部分能量会注入电容中,这会减少二极管的反向恢复损耗和IGBT里面流过的电流。当然会明显地减少开关损耗。
采用不对称寄生电感后,开通电感可以进一步增加来降低开通损耗。
表1列出了采用对称寄生电感和采用不同的不对称寄生电感后功率器件损耗的对比。通过对比可以明显看到,采用不对称寄生电感后,功率器件所有的损耗都有下降,且随着开通电感的增加,损耗下降的更加明显。通过对比分析,采用不对称寄生电感技术后,可以带来几大优点:
(1)具有基于普通器件的卓越的开关特性。由于是基于普通功率器件来降低损耗,这并没有带来额外的成本增加;
(2)减少EMI干扰。增加的开通寄生电感可以有效的抑制在功率器件中的尖峰电流,该尖峰电流是EMI干扰的一个主要源头;
(3)可以不使用BusBar(叠层母排)。由于采用不对称寄生电感技术,现在直流母排上的寄生电感是受欢迎的,因为它可以带来开通损耗的下降。昂贵的高度层压的低寄生电感BusBar,现在就不再需要,带来成本的大幅下降。这对于新设计而言,无疑是很大的一个好处;
(4)减少模块自带吸收电容上的纹波电压。在开通的时候,由于二极管Dtran存在,电容不会放电。这样就可以减少电容电压的波动,同时它的功率耗散也会减少,进一步降低电容温度。