一个不可回避的现实是现有的电力半导体器件的功率处理能力还远不能满足电力电子变换器在各行业中的应用需求。在高压大容量变换器方面,人们希望电力电子变换器装置能够可靠地处理越来越高的电压等级和容量等级,例如,电力系统中的高压直流输电系统、静止无功补偿系统、中高压大电机驱动和大功率电源系统等。当单个电力半导体器件的电压、电流额定值不能满足要求时,有时采用两个或者多个器件进行并联以扩大其工作电流,有时采用两个或者多个器件的串联以提高其工作电压。
在电力半导体器件的串联使用中,核心问题是串联使用的器件在通态、阻态、开通、关断等各个状态下是否都能够平均地承担全部的外加电压而不存在部分器件过电压的情况;对于并联使用,则是在各种状态下是否都能够平均承担全部电流而不存在部分器件过电流的情况。为保证串、并联使用器件的均压和均流,需要对所使用的器件的特性进行深入了解,并在器件选型、电路设计、控制实施和机械结构等多方面进行相应的工作。其中对器件特性的了解和掌握是前提,以简单的例子来说,功率MOSFET器件的通态电阻具有正的温度系数,即温度升高时其通态电阻增加,在并联使用时这种温度特性有助于静态电流的自动均衡,因而易于并联使用;而BJT则相反,不易于并联使用;混合型器件IGBT同时均有MOSFET和BJT的特性,一般在较小电流时,其等效通态电阻具有负的温度系数,而电流较大时其电阻温度系数为正值,具体的分析可以参看前面的章节,因此IGBT也具有一定的静态自均流能力,适合并联使用。
其实在现有的一些电力半导体器件的内部已经使用了串、并联方法,比如在一些大电流的IGBT内部,使用3或4个分离的IGBT单元并联。器件内部的串、并联在此不是分析的重点,本章更关注的是器件之间的串、并联分析。(www.daowen.com)
如前所述,器件的串、并联主要用于大容量变换器中。在这个领域中,IG-BT和IGCT是两种具有代表性的器件。IGCT的核心部分是4层3结的晶闸管结构,具有较大的通流能力,其额定电流可以达到6000A,所以在IGCT中一般较少使用并联技术。但是常用的IGCT的额定电压为4.5kV/5.5kV,对于3.3kV以上的交流电压变换器来说,就需要使用器件串联技术或者多电平拓扑技术,或者两者综合使用。即对于IGCT来说,串联使用是扩大其功率处理能力的主要方式之一。而IGBT在中、低压变换器中都得到了普遍的使用。在低压领域,如380V等级的电力传动系统,系统功率可以达到300kW以上,此时电机额定电流峰值一般在700A以上,而该电压等级下常用的IGBT的额定电流在450A左右,此时普遍采用多个IGBT并联方式。这里除了器件功率处理能力、散热能力因素外,还有成本因素起作用,采用电流较小价格便宜的IGBT并联取代价格非常昂贵的单管大电流IGBT,是实际变换器应用的一种有效降低成本的手段。在中高压领域,IGBT的串联技术是热点问题,由于器件特性的差异,在很多方面,IGBT的串联技术与IGCT迥然不同。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。