IGBT模塊的並聯：從最壞情況模擬到完全統計方法-電源管理-電子元件技術網

你的位置：首頁 > 電源管理 > 正文

IGBT模塊的並聯：從最壞情況模擬到完全統計方法

發布時間：2009-02-01 來源：英飛淩科技股份公司

中心議題：

IGBT模塊在並聯時的降額必然性問題

解決方案：

之前采用的方法是最壞情況分析方法
英飛淩公司現在推出蒙特卡羅模擬工具
最差情況分析結果僅僅表明最高結溫可能達到IGBT的溫度限值
蒙特卡羅分析則提供更詳細的信息

IGBT模(mo)塊(kuai)在(zai)並(bing)聯(lian)時(shi)的(de)降(jiang)額(e)必(bi)然(ran)性(xing)問(wen)題(ti)同(tong)器(qi)件(jian)的(de)工(gong)藝(yi)問(wen)題(ti)一(yi)樣(yang)是(shi)一(yi)個(ge)老(lao)問(wen)題(ti)了(le)。在(zai)試(shi)圖(tu)回(hui)答(da)該(gai)問(wen)題(ti)時(shi)，工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)通(tong)常(chang)會(hui)很(hen)快(kuai)地(di)發(fa)現(xian)自(zi)己(ji)處(chu)在(zai)一(yi)個(ge)兩(liang)難(nan)的(de)位(wei)置(zhi)上(shang)。過(guo)去(qu)，人(ren)們(men)針(zhen)對(dui)該(gai)問(wen)題(ti)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)些(xie)考(kao)慮(lv)統(tong)計(ji)因(yin)素(su)的(de)方(fang)法(fa)，但(dan)是(shi)到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)，仍(reng)然(ran)沒(mei)有(you)人(ren)可(ke)以(yi)回(hui)答(da)這(zhe)樣(yang)的(de)關(guan)鍵(jian)問(wen)題(ti)，即(ji)如(ru)果(guo)降(jiang)額(e)低(di)於(yu)最(zui)差(cha)情(qing)況(kuang)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)所(suo)建(jian)議(yi)的(de)降(jiang)額(e)時(shi)，超(chao)出(chu)器(qi)件(jian)限(xian)值(zhi)的(de)概(gai)率(lv)有(you)多(duo)大(da)。現(xian)在(zai)，英(ying)飛(fei)淩(ling)公(gong)司(si)推(tui)出(chu)的(de)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)模(mo)擬(ni)工(gong)具(ju)可(ke)以(yi)給(gei)出(chu)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)信(xin)息(xi)。

之前采用的方法（最壞情況分析方法）

並聯開關IGBT模mo塊kuai的de參can數shu浮fu動dong會hui導dao致zhi電dian流liu不bu平ping衡heng，從cong而er使shi得de不bu同tong模mo塊kuai的de工gong作zuo溫wen度du不bu一yi致zhi。問wen題ti是shi同tong簡jian單dan工gong作zuo模mo式shi相xiang比bi，模mo塊kuai可ke以yi在zai何he種zhong程cheng度du上shang實shi現xian並bing聯lian工gong作zuo。

比如“最壞情況分析方法”等以前的方法是根據產品手冊中的最大值計算得出降額係數，從而確定並聯並非一個好主意。

如圖1所示，以下這個例子給出了在給定總電流為700A 時，計算五個並聯的FF200R12KT3模塊的DC電流不平衡度的過程。其中，每個模塊的環境參數為：U_DC= 600V, IRMS= 140A, f_Motor= 50 HZ, f_sw= 6500Hz, 以及cosφ = 0,9。

圖1：五個並聯的FF200R12KT3模塊

圖1：五個並聯的FF200R12KT3模塊

如果所有的模塊都精確地具有產品手冊所給出的典型靜態和動態參數，那麼計算得到的工作溫度為T_J=114°C。假設所有模塊都在最高額定限值條件下工作，並且施加飽和電壓，那麼結溫將提高8°C到122°C。

下麵，我們用所謂的“最差情況”方法進行分析。如圖2所示，一個模塊（類別1）工作在典型飽和電壓下，而其他四個模塊（類別2）工作在最高限值條件下。
圖2：飽和電壓柱狀圖

圖2：飽和電壓柱狀圖

圖2：飽和電壓柱狀圖

具有典型飽和電壓的模塊（類別2）的工作電流為197A。在開關條件下的最高結溫將超過10°C到135°C。而在最高限值條件下的模塊結溫為119°C，電流為126A。zhexieshujubiaoming，zaizuichajiasheqingkuangxiadebinglianjinjincunzaijiangekenengxing。danzheshifoubiranfasheng？jiangedekenengxingyouduoda？xiamiandefenxijianggeichuzhexiewentidedaan。

蒙特卡洛方法

蒙(meng)特(te)卡(ka)羅(luo)方(fang)法(fa)使(shi)得(de)觀(guan)察(cha)所(suo)有(you)效(xiao)應(ying)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，這(zhe)是(shi)通(tong)過(guo)對(dui)大(da)量(liang)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)參(can)數(shu)的(de)器(qi)件(jian)樣(yang)品(pin)進(jin)行(xing)模(mo)擬(ni)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)的(de)基(ji)礎(chu)是(shi)隨(sui)機(ji)數(shu)。可(ke)以(yi)利(li)用(yong)輪(lun)盤(pan)賭(du)模(mo)型(xing)生(sheng)成(cheng)這(zhe)些(xie)隨(sui)機(ji)數(shu)。

英飛淩的蒙特卡羅模擬工具（如圖3所示）可以為n個並聯模塊中的每一個模塊生成一組參數。
圖3：LabVIEW中的模擬程序：用戶界麵

圖3：LabVIEW中的模擬程序：用戶界麵

圖3：LabVIEW中的模擬程序：用戶界麵

下麵的語句按步驟描述了蒙特卡羅模擬的基本過程。

第di一yi步bu驟zhou計ji算suan隨sui機ji選xuan擇ze的de通tong態tai電dian壓ya下xia的de均jun流liu。在zai接jie下xia來lai的de模mo擬ni步bu驟zhou中zhong，程cheng序xu將jiang在zai每mei個ge模mo塊kuai計ji算suan得de到dao的de電dian流liu中zhong加jia上shang開kai關guan損sun失shi。隨sui後hou，通tong過guo將jiang進jin一yi步bu計ji算suan得de到dao的de損sun失shi與yu模mo塊kuai的deR_th相乘得到結溫。

最後一步是對計算得到的結溫進行通態和開關損失調整。

蒙特卡羅模擬工具將重複執行這四個步驟，直到每一個模塊的結溫都集中為某一特定值為止。圖4所示的流程圖給出了一個隨機模塊配置的損失計算過程。

圖4：隨機模塊配置的損失計算原理

圖4：隨機模塊配置的損失計算原理

上麵所給出的計算流程被用於處理每一個生成的模塊配置，並且利用這個迭代方法得到溫度同所有的參數之間的依賴關係。

參數變化

在模擬過程中必須考慮到眾多的參數以及它們的分布，以使得模擬盡可能地接近實際情況。

對於電流不平衡度，V_CEsat值是適當的輸入參數。V_CEsat的變化可以從最終測試數據中獲知。圖2給出了一個1200V IGBT³芯片的典型飽和電壓柱狀圖。

並聯模塊之間溫度差異的深層原因則是因為並聯模塊在開關過程中是不平衡的。有兩個主要原因造成了這些不對稱，首先是芯片參數的變化（如輸入電容的變化，V_GEth的變化等），另外是係統參數的變化（如門驅動器階段參數的變化等）。

根據實驗室特征化測試結果，導通和關斷損失的統計標準方差值確定為典型值的5-7%。除了關斷損失的統計變化之外，在E_off和V_CEsat之間還存在一個係統折衷關係。飽和電壓越小，IGBT芯片的關斷損失就越大，反之亦然。在蒙特卡羅模擬工具也實現了這個折衷函數。

ruqiansuoshu，xitongdecanshubianhuayehuiyingxiangdaodaotongsunshi。dangmenqudongqidecanshubianhuadeyingxiangchaoguolexinpiancanshubianhuadeyingxiangshi，jiubixukaolvzhexiecanshubianhua。zhekenengbaokuoguangdianouheqideyanchihezhuanhuanshijiancanshudefudonghuozheshimenqudongshuruzukangcanshudefudong。

zaixuduoqingkuangxia，qijianzhongdexitongbupinghengdeyingxiangjiangdadachaoguotongjifudongdeyingxiang。zhexiebupinghengkenengyoudianliulujingzhongdefeijunyundianzuhuozhefeijunyunjishengdiangantebieshizasandianganzaochengde。

為wei了le在zai蒙meng特te卡ka羅luo模mo擬ni中zhong得de到dao精jing確que的de結jie果guo，很hen有you必bi要yao得de到dao關guan於yu實shi際ji設she備bei中zhong的de係xi統tong不bu平ping衡heng的de所suo有you信xin息xi。獲huo取qu或huo者zhe知zhi道dao越yue多duo的de設she備bei參can數shu，所suo得de到dao的dePPM聲明的精確度也就越高。

模擬結果

根據模擬所得到的結果，可以生成器件電流和結溫的分布函數。下麵的柱狀圖給出了對例子中的五個並聯FF200R12KT3模塊進行40000次模擬所得到的蒙特卡羅模擬結果。第一個柱狀圖（圖5）給出了5個模塊中的最高溫度分布情況。圖6則給出了所有五個模塊的箱線圖以及它們各自的最高溫度分布情況。

圖5：最大IGBT結溫柱狀圖

圖5：最大IGBT結溫柱狀圖

圖6：IGBT結溫箱線圖

圖6：IGBT結溫箱線圖

PPM聲明

利用模擬所得到的結果，可以回答諸如此類的問題：在什麼樣的配置ppm率lv下xia，將jiang會hui超chao過guo最zui高gao指zhi定ding的de結jie溫wen？這zhe個ge聲sheng明ming對dui於yu客ke戶hu而er言yan是shi十shi分fen有you用yong的de，它ta可ke以yi幫bang助zhu客ke戶hu針zhen對dui其qi應ying用yong選xuan擇ze適shi當dang的de模mo塊kuai。模mo擬ni計ji算suan所suo得de到dao的de最zui高gao結jie溫wen分fen布bu是shi一yi個ge對dui數shu正zheng態tai分fen布bu（如下圖所示）。
圖7：五個並聯模塊的溫度分布

圖7：五個並聯模塊的溫度分布

圖7：五個並聯模塊的溫度分布

利用這個函數和相應的標準方差，可以指定一個超過指定結溫的配置ppm率。

基於最初的計算，可以預測超過最高結溫限值（在給出的例子中為T_J=125°C）的並聯IGBT模塊的ppm率為0.56ppm。而最差情況計算得到的結果僅僅是最高結溫值可能達到135°C。

總結

利用並聯IGBT模塊的蒙特卡羅模擬方法，可以基於器件中的隨機模塊參數和係統不平衡度計算出電流不平衡度，開關損失以及結溫。基於這些結果，就有可能計算超過最高結溫的期望ppm率。

在所給出的例子中，最差情況分析結果僅僅表明最高結溫可能達到135°C。而蒙特卡羅分析則提供更詳細的信息->每百萬個模塊中隻有0.56個模塊會超過IGBT的溫度限值。轉換器的開發人員可以利用這些信息來確定轉換器中可采用的模塊類型。

上一篇：中國3G產業現狀和發展分析

下一篇：富士通成立針對中國供應商的電子元器件質檢公司

特別推薦

技術文章更多>>

技術白皮書下載更多>>

熱門搜索

友情鏈接(QQ：317243736)

我愛方案網 ICGOO元器件商城創芯在線檢測芯片查詢天天IC網電子產品世界無線通信模塊控製工程網電子開發網電子技術應用與非網世紀電源網 21ic電子技術資料下載電源網電子發燒友網中電網中國工業電器網連接器礦山設備網工博士智慧農業工業路由器天工網乾坤芯電子元器件采購網亞馬遜KOL 聚合物鋰電池工業自動化設備企業查詢工業路由器元器件商城連接器 USB中文網今日招標網塑料機械網農業機械中國IT產經新聞網高低溫試驗箱

關閉

關閉