母排低杂散电感设计

1、低杂散电感的直流母线设计,功率损耗与杂散电感的影响,vCE(t) iC(t,VCC,IO,0,t,0,t1,0,t,pv(t,t2,VCE, IC, Pv, Eswitch 的关系,开关速度的影响,如果增加开关速度, 将减少开关损耗 Eswitch,杂散电感对关断过程的影响,开通 (通过续流二极管换流,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,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

2、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,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,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,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

3、, 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,换流回路的寄生元件,杂散电感的影响,不良的直流母线设计,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 = 73.4 nH,层叠铜排的 表面电流分布 Ls = 10.6 nH,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,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 ,Lstray 20 ,低电感的设计,结

4、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,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,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,电容端子结构+/- 的影响,4,56 nH,5,55 nH,4,42 nH,3,62 nH,不带电容的测量,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

5、 = 100 ,Lstray = 80 ,Low Inductance DC-link Design,bus bar,bus bar,Simulation of current distribution for the case of Lstray = 80 ,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,典型的方案,基于SEMiX模块的直流母线良好布局,Semitrans带不良布局的直流母线,Semitrans带低电感的直流母线设计,举例,- + - +,举例,电容矩阵,1.5MW风电(双馈)变流器,DC-LINK,功率单元,AC,Vdc,电机,电网,电动汽车方案,电 池,电机A,电机B,母排结构测试 - di/dt = 4.3kA/us,母排宽度 (mm) 母排电感 (nH) 5021 7020 12020,母排的电感以IGBT和电容之间的距离为函数,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,母排电感作为绝缘片厚度的函数,绝缘材料,如何测