通過(guò)對(duì)耦合電流路徑改造提升IGBT可靠性

隨著大功率與特種電源逐漸在市場(chǎng)上盛行，IGBT技術(shù)也隨著時(shí)間的推移越加成熟。IGBT的可靠性很大程度上決定的了大功率電源的性能，因此人們總是想通過(guò)各種方法來(lái)提高IGBT的效率。當(dāng)然，IGBT可靠性的提升方法不止一種，本文就將為大家介紹通過(guò)耦合電流路徑方式來(lái)進(jìn)行可靠性提高的方法。

大型設(shè)備的電磁兼容控制和板級(jí)電路有很大不同。由于空間尺度更大，所以電磁耦合變得比較突出，異地電勢(shì)差也比較大。一個(gè)比較典型的問(wèn)題就是連接控制板和驅(qū)動(dòng)器之間的線纜。

一方面，與各種干擾源共處于同一個(gè)屏蔽體內(nèi)，并且長(zhǎng)度往往也比較長(zhǎng)，這就難免通過(guò)空間電磁耦合產(chǎn)生差模干擾。雖然有各種應(yīng)對(duì)辦法，但是一般都存在一些局限性不一定能達(dá)到期待的效果。

常見(jiàn)的有兩種情況，第一種是采用提高電壓閾值的方法對(duì)抗干擾。但是這需要在控制板內(nèi)配置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路，以便能輸出高壓的控制信號(hào)。這就使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。而且這種做法并不能很好地解決信號(hào)傳輸?shù)目煽啃詥?wèn)題。因?yàn)轳詈线M(jìn)來(lái)的電壓信號(hào)幅度與信號(hào)閉合環(huán)路構(gòu)建的曲面面積成比例。也就是近似和線長(zhǎng)成比例。那么當(dāng)信號(hào)閾值增加的比例沒(méi)有超過(guò)線纜增長(zhǎng)的比例時(shí)，就不會(huì)有什么優(yōu)化可言了。

第二種是通過(guò)降低信號(hào)接收端的阻抗，和提高信號(hào)輸出端的驅(qū)動(dòng)能力來(lái)抵抗干擾。這就要求在控制板一側(cè)需要增加更為復(fù)雜的接口電路，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜化。并且這種電路的響應(yīng)速度往往會(huì)比較慢，還要具備較大的脈沖輸出能力。從上文的內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)，這樣的做法存在易老化，傳輸延時(shí)飄移較大，進(jìn)而導(dǎo)致延時(shí)波動(dòng)范圍變大，安全死區(qū)時(shí)間增加的問(wèn)題。

另一方面，長(zhǎng)線纜對(duì)應(yīng)的高感抗將使隔離變壓器兩邊電壓變化產(chǎn)生的干擾電流轉(zhuǎn)換為差模干擾信號(hào)。同樣導(dǎo)致干擾問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)就是在一對(duì)信號(hào)線上，作為地線的一條信號(hào)線與干擾源之間存在較低阻抗的電氣連接。同時(shí)它的長(zhǎng)度使它本身具有一定的電感值。在流經(jīng)較大變化率的干擾電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的電壓。但是作為信號(hào)線的一條，由于信號(hào)接收端阻抗很高，不是干擾電流的流通路徑，因此不會(huì)產(chǎn)生電壓。這樣就導(dǎo)致這個(gè)信號(hào)線對(duì)兩端的電位差不一樣。這也有誤觸發(fā)的隱患。

從上述內(nèi)容可以看出，控制板與驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)線纜過(guò)長(zhǎng)是一個(gè)對(duì)IGBT可靠性比較嚴(yán)重的問(wèn)題。而這個(gè)線纜如果很短，就意味著要么控制板與大功率開(kāi)關(guān)器件距離很近，要么驅(qū)動(dòng)器輸出與大功率開(kāi)關(guān)器件距離很遠(yuǎn)。前者會(huì)對(duì)主控電路造成比較大的干擾。后者會(huì)由于驅(qū)動(dòng)峰值電流很大，加上線纜過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的感抗增加，造成驅(qū)動(dòng)質(zhì)量不良。都是很?chē)?yán)重的問(wèn)題。所以像光纖隔離那樣，中間由不怕干擾的光纖將驅(qū)動(dòng)器分成安裝位置相距較遠(yuǎn)的兩部分，是非常合適的結(jié)構(gòu)。在大功率場(chǎng)合非常必要。