理论教育 电动汽车电驱动器件的串联和并联使用

电动汽车电驱动器件的串联和并联使用

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:本节先以晶闸管为例简要介绍电力电子器件串、并联应用时应注意的问题和处理措施,然后概要介绍应用较多的P-MOSFET并联以及IGBT并联的一些特点。当需要同时串联和并联晶闸管时,通常采用先串联后并联的方法。

电动汽车电驱动器件的串联和并联使用

对于较大型的电力电子装置,当单个电力电子器件的电压或电流定额不能满足要求时,往往需要将电力电子器件串联或并联起来工作,或者将电力电子装置串联或并联起来工作。本节先以晶闸管为例简要介绍电力电子器件串、并联应用时应注意的问题和处理措施,然后概要介绍应用较多的P-MOSFET并联以及IGBT并联的一些特点。

1.晶闸管的串联

当晶闸管额定电压小于实际要求时,可以用两个以上同型号器件相串联。理想的串联希望各器件承受的电压相等,但实际上因器件特性之间的差异,一般都会存在电压分配不均匀的问题。

串联的器件流过的漏电流总是相同的,但由于静态伏安特性的分散性,各器件所承受的电压是不等的。两个晶闸管串联时,在同一漏电流下所承受的正向电压是不同的。若外加电压继续升高,则承受电压高的器件将首先达到转折电压而导通,使另一个器件承担全部电压也导通,两个器件都失去控制作用。同理,反向时,因伏安特性不同而承受不同电压,可能使其中一个器件先反向击穿,另一个随之击穿。这种由于器件静态特性不同而造成的不均压问题称为静态不均压问题。

为达到静态均压,首先应选用参数和特性尽量一致的器件,此外,还可以采用电阻均压,如图5-35所示的RP就是用来均压的电阻。RP的阻值应比任何一个器件阻断时的正、反向电阻小得多,这样才能使每个晶闸管分担的电压决定于均压电阻的分压。

类似地,由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题称为动态不均压问题。为达到动态均压,同样首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件,另外,还可以用RC并联支路作为动态均压,如图5-35所示,也可采用变压器二次绕组分组的方法。对于晶闸管来讲,采用门极强脉冲触发可以显著地减小器件开通时间上的差异。

2.晶闸管的并联

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图5-35 晶闸管串联运行均压措施

功率晶闸管装置中,常用多个器件并联来承担较大的电流。当晶闸管并联时,会分别因静态和动态特性参数的差异而导致电流分配不均匀的问题。均流不佳,有的器件电流不足,有的器件电流过载,这就会阻碍提高整个装置的输出,甚至造成器件和装置的损坏。为了避免电流不均的现象发生,需采取均流措施。均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件,此外,还可以采用以下的均流措施:

1)串电阻均流,如图5-36a所示。这个方法虽然比较简单,但是在电阻上要耗损功率,而且对于动态电阻均流不起作用,故只适用于小功率的场合。(www.daowen.com)

2)串电抗器均流,如图5-36b所示。它对于稳态与动态都有均流作用。

3)变压器分组均流,如图5-36c所示。利用变压器二次绕组的阻抗相等来获得均流。这个方法也同时具有稳态与动态均流效果,适用于有变压器供电的情况。

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图5-36 晶闸管并联运行均流措施

同样,采用门极强脉冲触发也有助于动态均流。

当需要同时串联和并联晶闸管时,通常采用先串联后并联的方法。

3.P-MOSFET和IGBT并联运行的特点

P-MOSFET的通态电阻Ron具有正的温度系数(温度升高时,通态电阻加大),并联使用时具有电流自动均衡的能力,因而并联使用比较容易。但也要注意选用与通态电阻Ron、开启电压UT、跨导Gfs和输入电容Ciss尽量相近的器件,电路走线和布局应尽量做到对称。为了更好地动态均流,有时可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用。

IGBT在50%的额定电流以下时,其等效通态电阻(或通态压降)具有负的温度系数,但在电流较大时其电阻则具有正的温度系数,因而IGBT在并联使用时也具有电流的自动均衡能力,与P-MOSFET类似,易于并联使用。当然,实际并联时,在器件参数选择、电路布局和走线等方面也应尽量一致。

最后还必须指出,开关器件并联工作时,为了使开通、关断动态过程中能均压、均流,开关器件的开通/关断的驱动电压、电流波形应尽量一致或匹配。

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