母排低雜散電感設(shè)計(jì)（課堂PPT）

1、電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.1 低雜散電感的直流母線設(shè)計(jì)低雜散電感的直流母線設(shè)計(jì) 電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.3開(kāi)關(guān)速度的影響開(kāi)關(guān)速度的影響如果增加開(kāi)關(guān)速度如果增加開(kāi)關(guān)速度, 將減少開(kāi)關(guān)損耗將減少開(kāi)關(guān)損耗 EswitchvCE(t)iC

2、(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2EswitchvCE(t)iC(t)VCCIO0tt10tpv(t)t2Eswitch電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.4vCE(t), iC(t)VCCIO0tvGE(t)VGE, IoVGE(th)0tVGG+VGG-雜散電感對(duì)關(guān)斷過(guò)程的影響雜散電感對(duì)關(guān)斷過(guò)程的影響開(kāi)通開(kāi)通 (通過(guò)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(fù)載時(shí),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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.5開(kāi)通和關(guān)斷開(kāi)通和關(guān)斷IGBT模塊在端子上引起的過(guò)電壓由雜散電感引起的壓降電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.6低感匯流母線低感匯流母線簡(jiǎn)介簡(jiǎn)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(guò)正負(fù)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(duì)電壓保護(hù)吸收電路的要求，提高功率器件運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)提高了電路的集成度，便于維修維護(hù)。電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 08

4、07.7低感匯流母線低感匯流母線簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn):低電感系數(shù)減少電壓尖峰對(duì)元器件的損害, 延長(zhǎng)（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(chǎng)維護(hù)減少部件數(shù)量，增加了系統(tǒng)的可靠性簡(jiǎn)潔、美觀電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.8 匯流匯流母線的應(yīng)用母線的應(yīng)用電力電子電力電子工業(yè)變頻器逆變(變流)器風(fēng)力發(fā)電UPS系統(tǒng)電焊機(jī)測(cè)試設(shè)備交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸電力機(jī)車(chē)軌道交通電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)船舶航空航天航空航天衛(wèi)星系統(tǒng)航天飛機(jī)導(dǎo)彈系統(tǒng)軍事軍事潛艇通訊系統(tǒng)裝甲車(chē)輛雷達(dá)系統(tǒng)電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.9設(shè)計(jì)低

5、雜散電感直流母線的理由設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)為什么直流環(huán)節(jié)要低電感設(shè)計(jì)?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(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓關(guān)斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓: 加上直流母線電壓可能導(dǎo)致加上直流母線電壓可能導(dǎo)致VceVcemax, 過(guò)電壓可以損壞過(guò)電壓可以損壞IGBT通過(guò)直流環(huán)節(jié)低電感的設(shè)計(jì)通過(guò)直流環(huán)節(jié)低電感的設(shè)計(jì) (較小的較小的 Lstray),這些過(guò)電壓能顯著減小這些過(guò)電壓能顯著減小.dtdiLvstrayovershootlinkDCovershootCEvvv電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(guò)電壓模塊內(nèi)部過(guò)電壓+ 模塊主端子的過(guò)電壓模塊主端子的過(guò)電壓電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.12不良的直流母線設(shè)計(jì)不良的直流母線設(shè)計(jì)電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(cè)試點(diǎn)我們需用導(dǎo)線取代電容來(lái)測(cè)量雜散電感我們需用導(dǎo)線取代電容來(lái)測(cè)量雜散電感電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.15低電感的設(shè)計(jì)低電感的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)雜散電感有顯著影響導(dǎo)體必須平行導(dǎo)體必須平行= 電流反并聯(lián)電流反并聯(lián)= 沒(méi)有磁場(chǎng)沒(méi)有磁場(chǎng)Lstray = 100 %Lstray 20 % loop1 cm 10 nH電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Plus

8、chke 0807.16低電感的設(shè)計(jì)低電感的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)雜散電感有顯著影響電流流動(dòng)電流流動(dòng)沒(méi)有環(huán)路 =電流反并聯(lián)電流反并聯(lián)= 沒(méi)有磁場(chǎng)沒(méi)有磁場(chǎng)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.17結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)雜散電感有顯著影響電流流動(dòng)電流流動(dòng)沒(méi)有交叉 =電流反并聯(lián)電流反并聯(lián)= 沒(méi)有磁場(chǎng)沒(méi)有磁場(chǎng)低電感的設(shè)計(jì)低電感的設(shè)計(jì)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.18直流母線的設(shè)計(jì)原則直流母線的設(shè)計(jì)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(cè)量不帶電容的測(cè)量電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.20低電感的直流母線設(shè)計(jì)低電感的直流母線設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)直流母線的雜散電感有顯著影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(shè)計(jì)低電感的直流母線設(shè)計(jì)不同設(shè)計(jì)的比較不同設(shè)計(jì)的比較兩

11、個(gè)電容串聯(lián)兩個(gè)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.25Semitrans帶低電感的直流母線設(shè)計(jì)帶低電感的直流母線設(shè)計(jì)RGoff RGonRGEZ-diodeRGoff RGon

12、RGEZ-diode電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.26舉例舉例 +-+-+-電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.27舉例舉例電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.28電容矩陣電容矩陣1.5MW1.5MW風(fēng)電風(fēng)電( (雙饋雙饋) )變流器變流器DC-LINK功率單元功率單元ACVdc電機(jī)電機(jī)電網(wǎng)電網(wǎng)電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.29電動(dòng)汽車(chē)方案電動(dòng)汽車(chē)方案電電 池池電機(jī)A電機(jī)B電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.30母排結(jié)構(gòu)測(cè)試母排結(jié)構(gòu)測(cè)

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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)開(kāi)放區(qū)無(wú)開(kāi)放區(qū)電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert 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(dǎo)熱導(dǎo)率率相對(duì)相對(duì)電導(dǎo)電導(dǎo)率率介電介電常數(shù)常數(shù)介電介電強(qiáng)度強(qiáng)度阻燃阻燃等級(jí)等級(jí)絕緣耐絕緣耐熱等級(jí)熱等級(jí)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.35如何測(cè)量

16、雜散電感如何測(cè)量雜散電感?電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.36如何測(cè)如何測(cè),在哪里測(cè)在哪里測(cè)?IC-Messung-5VRLLLUB電力電子無(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.37測(cè)試配置測(cè)試配置 ACSkiiP 模塊模塊IGBT 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)上管上管下管下管測(cè)量下管的測(cè)量下管的VCEmax. 上管的上管的IGBT通過(guò)導(dǎo)線或電感短接通過(guò)導(dǎo)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(wú)源器件集成商N(yùn)orbert Pluschke 0807.38它是如何工作的它是如何工作的 ?UGEICttT2T