母排低雜散電感設計（課堂PPT）

1、電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.1 低雜散電感的直流母線設計低雜散電感的直流母線設計 電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.2功率損耗與雜散電感的影響功率損耗與雜散電感的影響vCE(t)iC(t)VCCIO0t0t10tpv(t)iCvCE t2t1vswitchdttpEt2CECvvipVCE, IC, Pv, Eswitch 的關(guān)系的關(guān)系電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.3開關(guān)速度的影響開關(guān)速度的影響如果增加開關(guān)速度如果增加開關(guān)速度, 將減少開關(guān)損耗將減少開關(guān)損耗 EswitchvCE(t)iC

2、(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2EswitchvCE(t)iC(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2Eswitch電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.4vCE(t), iC(t)VCCIO0tvGE(t)VGE, IoVGE(th)0tVGG+VGG-雜散電感對關(guān)斷過程的影響雜散電感對關(guān)斷過程的影響開通開通 (通過續(xù)流二極管換流)0tvCE(t), iC(t)VCCIOvGE(t)VGE, IoVGE(th)0VGG+VGG-t關(guān)斷關(guān)斷(帶感性負載時,換流到續(xù)流回路)由雜散電感引由雜散電感引起的起的尖峰電壓尖峰電壓由雜散電感引由雜散電感引起的壓降起的

3、壓降電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.5開通和關(guān)斷開通和關(guān)斷IGBT模塊在端子上引起的過電壓由雜散電感引起的壓降電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.6低感匯流母線低感匯流母線簡介簡介匯流母線匯流母線(BUSBAR): 匯流母線匯流母線用于完成電力電子產(chǎn)品中功率電路和器件的電氣連接，通過正負極層疊平行分布的結(jié)構(gòu)形式降低線路分布電感，從而降低功率元件兩端的反向峰值電壓，降低功率器件對電壓保護吸收電路的要求，提高功率器件運行的可靠性和穩(wěn)定性，同時提高了電路的集成度，便于維修維護。電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 08

4、07.7低感匯流母線低感匯流母線簡介簡介優(yōu)優(yōu) 點點:低電感系數(shù)減少電壓尖峰對元器件的損害, 延長（提高）電子元件的使用壽命最小的阻抗、壓降降低系統(tǒng)噪音和電磁干擾/射頻干擾方便安裝和現(xiàn)場維護減少部件數(shù)量，增加了系統(tǒng)的可靠性簡潔、美觀電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.8 匯流匯流母線的應用母線的應用電力電子電力電子工業(yè)變頻器逆變(變流)器風力發(fā)電UPS系統(tǒng)電焊機測試設備交通運輸交通運輸電力機車軌道交通電動汽車電驅(qū)動船舶航空航天航空航天衛(wèi)星系統(tǒng)航天飛機導彈系統(tǒng)軍事軍事潛艇通訊系統(tǒng)裝甲車輛雷達系統(tǒng)電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.9設計低

5、雜散電感直流母線的理由設計低雜散電感直流母線的理由為什么直流環(huán)節(jié)要低電感設計為什么直流環(huán)節(jié)要低電感設計?由于直流環(huán)節(jié)的雜散電感由于直流環(huán)節(jié)的雜散電感, 在在IGBT關(guān)斷時會出現(xiàn)過電壓關(guān)斷時會出現(xiàn)過電壓: 加上直流母線電壓可能導致加上直流母線電壓可能導致VceVcemax, 過電壓可以損壞過電壓可以損壞IGBT通過直流環(huán)節(jié)低電感的設計通過直流環(huán)節(jié)低電感的設計 (較小的較小的 Lstray),這些過電壓能顯著減小這些過電壓能顯著減小.dtdiLvstrayovershootlinkDCovershootCEvvv電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.10換流回路的寄生元

6、件換流回路的寄生元件電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.11雜散電感的影響雜散電感的影響dtdiLvstrayovershootL 模塊電感模塊電感 + L 直流母線電感直流母線電感 模塊內(nèi)部過電壓模塊內(nèi)部過電壓+ 模塊主端子的過電壓模塊主端子的過電壓電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.12不良的直流母線設計不良的直流母線設計電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.13不同結(jié)構(gòu)母排的電流分布及電感不同結(jié)構(gòu)母排的電流分布及電感平行銅排的平行銅排的表面電流分布表面電流分布 Ls = 73.4 nH 層疊銅排層疊銅

7、排的的表面電流分布表面電流分布 Ls = 10.6 nH 電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.14如何檢查和分析雜散電感如何檢查和分析雜散電感?底層頂層測試點我們需用導線取代電容來測量雜散電感我們需用導線取代電容來測量雜散電感電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.15低電感的設計低電感的設計結(jié)構(gòu)設計對雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設計對雜散電感有顯著影響導體必須平行導體必須平行= 電流反并聯(lián)電流反并聯(lián)= 沒有磁場沒有磁場Lstray = 100 %Lstray 20 % loop1 cm 10 nH電力電子無源器件集成商Norbert Plus

8、chke 0807.16低電感的設計低電感的設計結(jié)構(gòu)設計對雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設計對雜散電感有顯著影響電流流動電流流動沒有環(huán)路 =電流反并聯(lián)電流反并聯(lián)= 沒有磁場沒有磁場Lstray = 100 %Lstray = 30 %剩余環(huán)路剩余環(huán)路保持交叉保持交叉電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.17結(jié)構(gòu)設計對雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設計對雜散電感有顯著影響電流流動電流流動沒有交叉 =電流反并聯(lián)電流反并聯(lián)= 沒有磁場沒有磁場低電感的設計低電感的設計Lstray = 100 %Lstray = 50 %保持交叉保持交叉u電容的并聯(lián)更能降低電感電容的并聯(lián)更能降低電感電力電子

9、無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.18直流母線的設計原則直流母線的設計原則-直流母線直流母線 + 半層半層直流母線直流母線 +/- 全層全層-直流母線孔要在合適的地方直流母線孔要在合適的地方電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.19電容端子結(jié)構(gòu)電容端子結(jié)構(gòu)+/- 的影響的影響 4,56 nH5,55 nH4,42 nH3,62 nH- 不帶電容的測量不帶電容的測量電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.20低電感的直流母線設計低電感的直流母線設計 結(jié)構(gòu)設計對直流母線的雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設計對直流母線的雜散電感有顯

10、著影響方向也要考慮方向也要考慮Lstray = 100 %Lstray = 80 % +-+-電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.21Low Inductance DC-link Design + bus bar- bus barSimulation of current distribution for the case of Lstray = 80 %電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.22-+-+-+-+-+-+IGBT模塊模塊 電容 低電感的方案低電感的方案低電感的直流母線設計低電感的直流母線設計不同設計的比較不同設計的比較兩

11、個電容串聯(lián)兩個電容串聯(lián)考慮電容連接到功率模塊的方向考慮電容連接到功率模塊的方向-+-+-+-+-+-+IGBT模塊模塊電容+-+典型的方案典型的方案電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.23基于基于SEMiX模塊的直流母線良好布局模塊的直流母線良好布局電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.24Semitrans帶不良布局的直流母線帶不良布局的直流母線電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.25Semitrans帶低電感的直流母線設計帶低電感的直流母線設計RGoff RGonRGEZ-diodeRGoff RGon

12、RGEZ-diode電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.26舉例舉例 +-+-+-電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.27舉例舉例電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.28電容矩陣電容矩陣1.5MW1.5MW風電風電( (雙饋雙饋) )變流器變流器DC-LINK功率單元功率單元ACVdc電機電機電網(wǎng)電網(wǎng)電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.29電動汽車方案電動汽車方案電電 池池電機A電機B電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.30母排結(jié)構(gòu)測試母排結(jié)構(gòu)測

13、試 - di/dt = 4.3kA/us母排寬度母排寬度 (mm) 母排電感母排電感 (nH)5021702012020電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.31母排的電感以母排的電感以IGBT和電容之間的距和電容之間的距離為函數(shù)離為函數(shù)母排平行母排平行, 無開放區(qū)無開放區(qū)電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.32直流母線絕緣的影響直流母線絕緣的影響-絕緣層的厚度是重要的絕緣層的厚度是重要的-絕緣層厚度作為附加雜散電感的函數(shù)絕緣層厚度作為附加雜散電感的函數(shù)-絕緣層厚度作為附加高頻電容局部放電的函數(shù)絕緣層厚度作為附加高頻電容局部放電的函數(shù)-

14、銅層銅層-絕緣層絕緣層-銅層銅層電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.33母排電感作為絕緣片厚度的函數(shù)母排電感作為絕緣片厚度的函數(shù)電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.34絕緣材料絕緣材料 性能性能材料材料 密度密度熱膨脹熱膨脹系數(shù)系數(shù)熱導熱導率率相對相對電導電導率率介電介電常數(shù)常數(shù)介電介電強度強度阻燃阻燃等級等級絕緣耐絕緣耐熱等級熱等級吸水性吸水性g/cm310exp（-6）/W/M.Kf=60HzkV/mm（24h） /%NOMEX0.81.10.143 1.29UL94 V-0C(220)NMN1.11.30.136 2.414UL

15、94 V-1F(155)DMD1.20.129 4.311UL94 V-1H(180 )NHN1.10.141 4.88UL94 V-0F(155)PI聚酰亞胺聚酰亞胺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環(huán)氧環(huán)氧粉粉1.3245650.18 3.54.015.7UL94 V-0F(155 )0.1電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.35如何測量

16、雜散電感如何測量雜散電感?電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.36如何測如何測,在哪里測在哪里測?IC-Messung-5VRLLLUB電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.37測試配置測試配置 ACSkiiP 模塊模塊IGBT 驅(qū)驅(qū)動動上管上管下管下管測量下管的測量下管的VCEmax. 上管的上管的IGBT通過導線或電感短接通過導線或電感短接,加雙脈沖到下管加雙脈沖到下管IGBT不要吸收電容不要吸收電容,吸收電容要移去吸收電容要移去VCE BOTTOP INBOT IN0VDouble pulseC DC-link直流電源直流電源DC+DC-電流探頭電流探頭, Rogowski coil電力電子無源器件集成商Norbert Pluschke 0807.38它是如何工作的它是如何工作的 ?UGEICttT2T