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模塊操作期間的當前不平衡既可以是由平行功率模塊的特性（例如不同的正向電壓）以及功率轉(zhuǎn)換器本身的設計引起的。電源模塊的接口，例如DC和AC側(cè)的電源連接，柵極驅(qū)動器的設計以及與電源模塊的柵極驅(qū)動程序連接對并行連接的模塊的靜態(tài)和動態(tài)電流不平衡有影響。

圖1顯示了影響并聯(lián)連接的功率模塊性能的各種因素的概述。

在下面的圖中，重點放在對平行連接功率模塊中當前不平衡的IGBT和二極管特征的分析上。為了進行以下分析，考慮了統(tǒng)一的冷卻條件。

圖1。 影響并行連接的功率模塊性能的因素。圖像由Bodo的Power Systems [PDF]提供評估設置和測試樣本

每個滾動庫存制造商都有自己的轉(zhuǎn)換器設計，因此對于半導體制造商來說，如果沒有標準化的測試設置，則很難進行代表性的電源模塊分析。在Horizo??n 2020項目“ Shift2Rail” [2]中討論了這個困難。項目成員同意定義半導體供應商和電源轉(zhuǎn)換器制造商之間的標準化界面，以討論電源模塊的除評。參考設置如圖2所示。參考設置的目標之一是盡可能減少外部組件對當前平行連接功率模塊的當前不平衡的影響。在直流側(cè)，每個功率模塊都有一個單獨的DC鏈接電容器；交流電源連接是通過一個寬闊的母線建立的，該母線在模塊下具有負載連接。僅使用一個門驅(qū)動器與低敏感界面板結(jié)合使用，以控制并行的模塊。

圖2。 用于并行評估的參考測試設置。本文初出現(xiàn)在 Bodo的Power Systems 雜志中。

選擇參考測試設置以研究模塊并聯(lián)連接。 LV100軟件包中的CM450DA-66X模塊是代表性X系列功率模塊，被選為正在測試的設備進行評估和分析。表1顯示了帶有硅芯片組和鋁底板的X系列陣容。這些功率模塊具有的X系列第7代，的芯片組，帶有CSTBT（III）溝槽IGBT和RFC Diode。 IGBT和二極管芯片均具有在寬電流范圍內(nèi)向前電壓的正溫系數(shù)。如果溫度不均勻分布在散熱器上，則此功能對在操作過程中平行連接的模塊之間的熱平衡有益。集成到模塊中的NTC溫度傳感器允許監(jiān)視每個平行連接模塊的溫度。此外，XSeries的雙重動力模塊還使用了帶有集成ALN陶瓷絕緣材料的新創(chuàng)新鋁底板，即所謂的MCB（金屬鑄造直接粘結(jié)）底板。與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，新的底板結(jié)構(gòu)具有明顯較小的連接到箱熱電阻，這允許輸出功率增加或降低工作連接溫度。此外，三菱電氣的X系列電源模塊為苛刻的鐵路應用提供了功能，例如住房材料的高CTI值，部分排放測量，高質(zhì)量的控制和Traceability。

表1。LV/HV100 X系列陣容。圖像由Bodo的Power Systems [PDF]提供功率模塊參數(shù)和并行切換波形的相關性

為了研究不同的IGBT功率模塊參數(shù)對當前共享的影響，已經(jīng)測量了十對電源模塊的平行連接。之后，進行線性回歸分析以將波形和功率模塊參數(shù)的特征相關聯(lián)。

正在測試的設備為LV100軟件包中的3.3 kV/450 A（CM450DA-66X）功率模塊。這些設備在其電參數(shù)中顯示自然分布。因此，收集器 - 發(fā)射極飽和電壓范圍從2.61 V到2.81 V，蓋閘發(fā)器閾值電壓范圍從6.56 V到7.70 V，并且二極管向前電壓范圍從2.20 V到2.45V。在上交，關閉和反向恢復期間。

關閉切換分析

圖3顯示了兩個示例性的關閉測量結(jié)果。當IGBT設備參數(shù)相似時，可以實現(xiàn)良好的電流共享。相反，在不同的功率模塊參數(shù)的情況下，負載電流在功率模塊之間不平等。

通過對十對的線性回歸分析，可以確定IGBT功率模塊參數(shù)與開關特性之間的相關性。發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電流ΔIC的差異僅與收集器 - 發(fā)射極電壓的差異相關。其他功率模塊參數(shù)被發(fā)現(xiàn)無關緊要（確定系數(shù)<95％）。線性回歸分析導致當前不平衡的以下關系。

轉(zhuǎn)交換分析

圖4顯示了與兩個并聯(lián)連接的電源模塊的交換波形。如果功率模塊參數(shù)相似，則電流將在兩個電源模塊之間平均共享。但是，當功率模塊不同時，電源模塊之間的電流共享將是預期的。

發(fā)現(xiàn)電流共享與柵極發(fā)射極閾值電壓差ΔVGE （Th）和互補自由輪二極管ΔVEC的正向電壓差異相關。線性回歸分析導致當前不平衡的以下關系。

（a）類似的設備參數(shù)

（b）不同的設備參數(shù)

圖3。 示例性關閉波形（綠色：V GE 10V/p，藍色：I C1 150A/p，黃色：I C2 150A/DIV，紅色：V CE 500V/DIV，2.0 US/DIV）。圖像由Bodo的Power Systems [PDF]提供（a）類似的設備參數(shù)

（b）不同的設備參數(shù)

圖4。示例性的轉(zhuǎn)式波形（綠色：V GE 10V/p，藍色：I C1 300A/p，黃色：I C2 300A/DIV，紅色：V CE 500V/p，2.0 US/DIV）。圖像由Bodo的Power Systems [PDF]提供（a）類似的設備參數(shù)

（b）不同的設備參數(shù)

圖5。 示例性逆回恢復波形（藍色：I C1 300A/DIV，黃色：I C2 300A/DIV，紅色：V CE 500V/DIV，2.0 US/DIV）。圖像由Bodo的Power Systems 提供

二極管逆回恢復開關

二極管反向恢復的示例性切換結(jié)果如圖5所示。同樣，如果功率模塊參數(shù)相似，則電流共享在兩個功率模塊之間平均。如果功率模塊參數(shù)不同，則靜電電流和峰值反恢復電流的差異變得可見。

線性回歸分析表明，靜電電流共享僅與二極管正向電壓的差ΔVEC相關。發(fā)現(xiàn)其他功率模塊參數(shù)并不重要。發(fā)現(xiàn)當前不平衡的以下關系。

取消計算的計算高達六倍

基于電流和能量的衍生因子，可以定義在兩個以上模塊的平行連接的情況下所需的降低。為此，將假定一個并行的模塊之一具有特征（導致開關能量或電流），而所有其他模塊都具有特性（導致開關能量或電流）。通過使用以下方程，可以計算出兩個平行連接模塊的收集器電流的衍生比作為示例。

參數(shù)n是并行連接的模塊的數(shù)量。參數(shù)x是從兩個平行連接的模塊的測量中確定的不平衡比率（例如（根據(jù)（1）和（2）和（2）和（?ie/ieavg），根據(jù)（3））。如圖6所示，可以定義對分組參數(shù)的除法依賴性。該圖已經(jīng)說明了回歸分析確定的置信區(qū)間在衍生方面也非常有幫助多個功率模塊的比率。

圖6。 收集器電流比率與正向電壓差。圖像由Bodo的Power Systems 提供

圖7。用于6倍平行連接的開關波形（條件：V cc = 1800V，I C = 2700A（450a）（每臺設備450a），T j = 150°C，V ge = +15V / -9V，r g（ON） =2.7Ω，r g（off） =62Ω，c ge = 33nf）。圖像由Bodo的Power Systems [PDF]提供結(jié)論

本文解釋了一種研究功率模塊參數(shù)對平行連接開關特性的影響的方法。對于每種開關類型，IGBT關閉，轉(zhuǎn)交和二極管反向恢復，研究了不同設備參數(shù)的影響。僅考慮重要參數(shù)，提供了一個模型來計算任意設備參數(shù)的切換特性的差異。它顯示了如何將結(jié)果傳輸?shù)骄哂袃蓚€以上設備的并行連接。，在平行連接中的六個設備之間共享均勻的電流共享。開關波形證明，使用精心設計的轉(zhuǎn)換器布局和良好的LV100模塊，可以實現(xiàn)理想的電流共享。