母排低杂散电感设计

1、电力电子无源器件集成商 低杂散电感的直流母线设计低杂散电感的直流母线设计 电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 08072功率损耗与杂散电感的影响功率损耗与杂散电感的影响vCE(t)iC(t)VCCIO0t0t10tpv(t)iCvCE t2t1vswitchdttpEt2CECvvipVCE, IC, Pv, Eswitch 的关系的关系电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 08073开关速度的影响开关速度的影响如果增加开关速度如果增加开关速度, 将减少开关损耗将减少开关损耗 EswitchvCE(t)iC(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2Eswi

2、tchvCE(t)iC(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2Eswitch电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 08074vCE(t), iC(t)VCCIO0tvGE(t)VGE, IoVGE(th)0tVGG+VGG-杂散电感对关断过程的影响杂散电感对关断过程的影响开通开通 (通过续流二极管换流)0tvCE(t), iC(t)VCCIOvGE(t)VGE, IoVGE(th)0VGG+VGG-t关断关断(带感性负载时,换流到续流回路)由杂散电感引由杂散电感引起的起的尖峰电压尖峰电压由杂散电感引由杂散电感引起的压降起的压降电力电子无源器件集成商Norbert Plusc

3、hke 08075开通和关断开通和关断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Norbert Pluschke 08076低感汇流母线低感汇流母线简介简介汇流母线汇流母线(BUSBAR): 汇流母线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Norbert Pluschke 08077低感汇流母线低感汇流母线简介简介优优 点点:低电感

4、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Norbert Pluschke 08078 汇流汇流母线的应用母线的应用电力电子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航空航天卫星系统航天飞机导弹系统军事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Norbert Pluschke 08079设计低杂散电感直流母线的理由设计低杂散电感直流母线的理由为什么直流环

5、节要低电感设计为什么直流环节要低电感设计?由于直流环节的杂散电感由于直流环节的杂散电感, 在在IGBT关断时会出现过电压关断时会出现过电压: 加上直流母线电压可能导致加上直流母线电压可能导致VceVcemax, 过电压可以损坏过电压可以损坏IGBT通过直流环节低电感的设计通过直流环节低电感的设计 (较小的较小的 Lstray),这些过电压能显著减小这些过电压能显著减小.dtdiLvstrayovershootlinkDCovershootCEvvv电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080710换流回路的寄生元件换流回路的寄生元件电力电子无源器件集成商Norbert Plu

6、schke 080711杂散电感的影响杂散电感的影响dtdiLvstrayovershootL 模块电感模块电感 + L 直流母线电感直流母线电感 模块内部过电压模块内部过电压+ 模块主端子的过电压模块主端子的过电压电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080712不良的直流母线设计不良的直流母线设计电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080713不同结构母排的电流分布及电感不同结构母排的电流分布及电感平行铜排的平行铜排的表面电流分布表面电流分布 Ls = 73.4 nH 层叠铜排层叠铜排的的表面电流分布表面电流分布 Ls = 10.6 nH 电力电子无源

7、器件集成商Norbert Pluschke 080714如何检查和分析杂散电感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Norbert Pluschke 080715低电感的设计低电感的设计结构设计对杂散电感有显著影响结构设计对杂散电感有显著影响导体必须平行导体必须平行= 电流反并联电流反并联= 没有磁场没有磁场Lstray = 100 %Lstray 20 % loop1 cm 10 nH电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080716低电感的设计低电感的设计结构设计对杂散电感有显著影响

8、结构设计对杂散电感有显著影响电流流动电流流动没有环路 =电流反并联电流反并联= 没有磁场没有磁场Lstray = 100 %Lstray = 30 %剩余环路剩余环路保持交叉保持交叉电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080717结构设计对杂散电感有显著影响结构设计对杂散电感有显著影响电流流动电流流动没有交叉 =电流反并联电流反并联= 没有磁场没有磁场低电感的设计低电感的设计Lstray = 100 %Lstray = 50 %保持交叉保持交叉电容的并联更能降低电感电容的并联更能降低电感电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080718直流母线的设计原则直

9、流母线的设计原则-直流母线直流母线 + 半层半层直流母线直流母线 +/- 全层全层-直流母线孔要在合适的地方直流母线孔要在合适的地方电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080719电容端子结构电容端子结构+/- 的影响的影响 4,56 nH5,55 nH4,42 nH3,62 nH- 不带电容的测量不带电容的测量电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080720低电感的直流母线设计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方向也要考虑Lstray = 100 %Lstray = 80 %

10、+-+-电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080721Low Inductance DC-link Design + bus bar- bus barSimulation of current distribution for the case of Lstray = 80 %电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080722-+-+-+-+-+-+IGBT模块模块 电容 低电感的方案低电感的方案低电感的直流母线设计低电感的直流母线设计不同设计的比较不同设计的比较两个电容串联两个电容串联考虑电容连接到功率模块的方向考虑电容连接到功率模块的方向-+-+-+

11、-+-+-+IGBT模块模块电容+-+典型的方案典型的方案电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080723基于基于SEMiX模块的直流母线良好布局模块的直流母线良好布局电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080724Semitrans带不良布局的直流母线带不良布局的直流母线电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080725Semitrans带低电感的直流母线设计带低电感的直流母线设计RGoff RGonRGEZ-diodeRGoff RGonRGEZ-diode电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080726举例举例

12、 +-+-+-电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080727举例举例电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080728电容矩阵电容矩阵1.5MW1.5MW风电风电( (双馈双馈) )变流器变流器DC-LINK功率单元功率单元ACVdc电机电机电网电网电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080729电动汽车方案电动汽车方案电电 池池电机A电机B电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080730母排结构测试母排结构测试 - di/dt = 4.3kA/us母排宽度母排宽度 (mm) 母排电感母排电感 (nH)502170

13、2012020电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080731母排的电感以母排的电感以IGBT和电容之间的距和电容之间的距离为函数离为函数母排平行母排平行, 无开放区无开放区电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080732直流母线绝缘的影响直流母线绝缘的影响-绝缘层的厚度是重要的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绝缘层厚度作为附加高频电容局部放电的函数-铜层铜层-绝缘层绝缘层-铜层铜层电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080733母排电感作

14、为绝缘片厚度的函数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Norbert Pluschke 080734绝缘材料绝缘材料 性能性能材料材料 密度密度热膨胀热膨胀系数系数热导热导率率相对相对电导电导率率介电介电常数常数介电介电强度强度阻燃阻燃等级等级绝缘耐绝缘耐热等级热等级吸水性吸水性g/cm310exp（-6）/W/M.Kf=60HzkV/mm（24h） /%NOMEX0.81.10.143 1.29UL94 V-0C(220)NMN1.11.30.136 2.414UL94 V-1F(155)DMD1.20.129 4.311UL94 V-1H(180 )NHN1.10.141 4

15、.88UL94 V-0F(155)PI聚酰亚胺聚酰亚胺1.42200.094 3.59UL94 V-0C(220 )0.24PVF1.38530.126 10.419.7UL94 V-0A(105 )0PET聚酯薄膜聚酯薄膜1.21.41600.128 3.825.6UL94 V-2E(120)0.10.2521环氧环氧粉粉1.3245650.18 3.54.015.7UL94 V-0F(155 )0.1电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080735如何测量杂散电感如何测量杂散电感?电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080736如何测如何测,在哪里测

16、在哪里测?IC-Messung-5VRLLLUB电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080737测试配置测试配置 ACSkiiP 模模块块IGBT 驱驱动动上管上管下管下管测测量下管的量下管的VCEmax. 上管的上管的IGBT通通过导线过导线或或电电感短接感短接,加双脉冲到下管加双脉冲到下管IGBT不要吸收不要吸收电电容容,吸收电容要移去吸收电容要移去VCE BOTTOP INBOT IN0VDouble pulseC DC-link直流直流电电源源DC+DC-电电流探流探头头, Rogowski coil电力电子无源器件集成商Norbert Pluschke 080738它是如何工作的它是如何工作的 ?UGEICttT2