1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

測(cè)量回路雜散電感常用方法有雙脈沖法、短路法及諧振法。雙脈沖法通過測(cè)量獲取IGBT關(guān)斷時(shí)的尖峰電壓Vpeak和電流變化率，利用公式來計(jì)算雜散電感Lstray；短路法通過測(cè)量IGBT短路開通時(shí)的下降電壓和電流變化率之比，經(jīng)計(jì)算獲取Lstray值；諧振法通過測(cè)量靜態(tài)電路諧振頻率，再使用諧振公式求取Lstray值。實(shí)踐中，最常使用的測(cè)量方法是雙脈沖法。

雙脈沖試驗(yàn)的原理如圖1 所示，半橋電路的上管IGBT1 用于開關(guān)斬波；下管IGBT2 用于偏置，始終關(guān)斷。第一個(gè)導(dǎo)通脈沖信號(hào)使IGBT1 導(dǎo)通，直流電壓施于感性負(fù)載L，負(fù)載電流線性增長(zhǎng)；當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到一定值時(shí)，IGBT1關(guān)斷，負(fù)載電流通過IGBT2的反并聯(lián)二極管D2 續(xù)流。經(jīng)過一個(gè)時(shí)間間隔tp 后，第二個(gè)導(dǎo)通脈沖信號(hào)到來，IGBT1再次導(dǎo)通；當(dāng)IGBT1達(dá)到最大關(guān)斷電流值Ioff 時(shí)，驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)過流保護(hù)電路，IGBT1 關(guān)斷保護(hù)，此時(shí)IGBT1 將承受由回路雜散電感Lstray 引起的過電壓Vpeak。

圖1 雙脈沖試驗(yàn)原理圖

圖2 示出雙脈沖試驗(yàn)波形。由圖可知，IGBT最大關(guān)斷電流Ioff=1 250 A，關(guān)斷尖峰電壓Vpeak=800 V，關(guān)斷時(shí)間toff=120 ns?；芈冯s散電感計(jì)算如下：

圖2 雙脈沖試驗(yàn)波形圖

表2 示出回路總雜散電感的計(jì)算值、仿真值和實(shí)驗(yàn)值，可以看出，三值非常相近。采用低感母排設(shè)計(jì)后，回路的雜散電感約為75 nH左右，而采用傳統(tǒng)母線連接的回路其寄生電感在200 nH以上。

2 低感母排的EMC 優(yōu)化設(shè)計(jì)

電感值是低感母排EMC性能的重要指標(biāo)。低電感和低阻抗特性可使系統(tǒng)獲得較好的噪聲抑制效果。在進(jìn)行低感母排的EMC優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

（1）母排結(jié)構(gòu)

正、負(fù)母排應(yīng)平行且重疊于絕緣層的兩側(cè)。有研究表明，1 c m2 的剩余環(huán)路面積累積的磁鏈會(huì)導(dǎo)致大約10 nH的雜散電感。平行且重疊的結(jié)構(gòu)可使正、負(fù)母排電流路徑的重疊面積達(dá)到最大，電流剩余環(huán)路面積最小，由此產(chǎn)生的磁通空間分離最小。

（2）絕緣層厚度

電感值隨絕緣層厚度的減小而減小。理論上，正、負(fù)母排的間距越小，鏡像電流產(chǎn)生的磁鏈越能相互抵消，母排的雜散電感能得到充分抑制。

（3）母排寬度

母排阻抗隨母排寬度的增大而減小。母排越寬，高頻狀態(tài)下的集膚效應(yīng)越顯著，正、負(fù)母排的鏡像電流等效地獲得了極小的剩余環(huán)路面積，從而使分布電感得到抑制。值得指出的是，如果正、負(fù)母排完全平行而沒有剩余環(huán)路，那么增加母排的寬度對(duì)電感變化影響將會(huì)很小。

（4）安裝孔位置

合理設(shè)計(jì)母排上電容器安裝孔的位置。連接電容器的直流母排應(yīng)盡量采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，開孔位置應(yīng)使IGBT盡量靠近直流側(cè)支撐電容器。

3 結(jié)語

變流器采用低感母排設(shè)計(jì)能有效降低回路雜散電感值，使IGBT的開關(guān)損耗更小，同時(shí)換流回路的過電壓和系統(tǒng)EMI噪聲得到抑制，提高了IGBT運(yùn)行的安全性。合理的疊層母排設(shè)計(jì)可以提高變流器的空間利用率，使變流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加緊湊，有利于提高變流器系統(tǒng)的集成度和功率密度，提高系統(tǒng)的可靠性。