موازی کردن IGBT ها؟ چه نکاتی باید رعایت شود؟

موازی کردن IGBT ها برای رسیدن به جریان های بالا مثلا در اینورتر و درایوهای توان بالا صورت می گیرد. با توجه به مقایسه IGBT با ماسفت (در این مقاله)، در بسیاری از کاربردها استفاده از IGBT بسیار ضروری است. موازی کردن IGBT ها منجر به افزایش نویز و همچنین ولتاژ Spike خواهد شد. بنابراین در توانهای پایین به ندرت IGBT ها با یکدیگر موازی می شوند. نکته اساسی در موازی کردن IGBT ها، تقسیم جریانی مساوی بین IGBTهای مشابه است. در غیر این صورت IGBTها خواهد سوخت. در این مقاله چگونگی انجام این کار شرح داده می شود.

در موازی کردن IGBT ها به چه نکاتی باید دقت کرد؟

در موازی کردن IGBT ها به سه نکته باید دقت کرد:
1) در حالت ماندگار (Steady State) نامتعادلی جریان بین IGBTها حداقل باشد.
2) در حالات گذار و در زمان های روشن و خاموش شدن ترانزیستورها، نامتعادلی جریان حداقل باشد.
3) مدار درایو گیت های IGBTها متقارن باشند.

نکات مربوط به متعادل سازی جریان IGBTها در حالت ماندگار

جهت موازی کردن IGBT ها و برای رسیدن به متعادل سازی جریان در حالت ماندگار باید به این  سه نکته دقت کرد: ولتاژ کلکتور امیتر VCE(Sat)، مقاومت سیم ها و Trackهای IGBTها و در نهایت ضریب دمایی ترانزیستورها

یکسان نمودن ولتاژ کلکتور امیتر

ولتاژ اشباع کلکتور امیتر در میزان جریان عبوری از ترانزیستور موثر است. همانطور که در شکل 1 مشاهده می شود هر چه ولتاژ کلکتور امیتر بالاتر باشد جریان عبوری از ترانزیستور کمتر است. برای اطمینان از یکسان بودن ولتاژ کلکتور امیتر در موازی کردن IGBT ها کافی است ترانزیستورهای خریداری شده همگی یکسان و از یک سازنده باشند.

paralleling-igbt-modules
شکل 1: منحنی مشخصه IGBTهای موازی شده

اثر مقاومت سیم ها و Trackهای رابط در موازی کردن IGBT ها

مدار معادل ترانزیستورها در شکل 2 نشان داده شده است. در این شکل مقاومت سیم ها و Trackها به صورت R1 و R2 سری شدن با IGBT نمایش داده شده است. هر چه مقاومت بیشتر باشد جریان ترانزیستور کمتر خواهد بود. به علاوه با توجه به افت ولتاژ این مقاومتها، مقدار ولتاژ گیت امیتر واقعی هر ترانزیستور ممکن است متفاوت باشد که خود عامل اساسی در اختلاف جریان خواهد بود و شرایط را بدتر می کند. برای کاهش این اثر نامطلوب کافی است سیم ها و Trackهای امیتر در موازی کردن IGBT ها تا جاییکه امکان دارد کوتاه انتخاب شود. همچنین ولتاژ گیت یکنواخت و مساوی بین گیت ها و امیترها اعمال گردد.

Parallel IGBTs
شکل2: مقاومت سیم ها و Trackها در IGBT های موازی شده

توجه به نوع ضریب دمایی ترانزیستورها در IGBTهای موازی شده

هدایت الکتریکی تمامی ترانزیستورها (BJT، MOSFET، IGBT و …) با تغییر دمای نیمه هادی تغییر می کند. اگر با افزایش دمای نیمه هادی هدایت الکتریکی نیز افزایش یابد (مانند BJT) ضریب دمایی منفی (Negative Temperature Coefficient) خواهد بود. بنابراین اگر دو BJT با هم موازی شوند در اثر نامتعادلی جزئی ممکن است جریان یکی از ترازیستورها بیشتر باشد که باعث گرم شدن بیشتر آن ترانزیستور خواهد شد. چون ضریب دمایی منفی است ترانزیستوری که بیشتر گرم شده است هدایت آن نیز بیشتر می شود که موجب عبور جریان بیشتری از آن خواهد شد. این روند تا جایی ادامه می یابد که ترانزیستورها بسوزند. از سوی دیگر اگر با افزایش دمای نیمه هادی، هدایت الکتریکی کاهش یابد (مانند ماسفت)، ضریب دمایی مثبت (Positive Temperature Coefficient ) خواهد بود. بنابراین ترانزیستوری که جریان بیشتری دارد گرم تر می شود و با توجه به ضریب دمایی مثبت هدایت الکتریکی آن نیز کاهش یافته و جریان عبوری از آن خود به خود کاهش می یابد. به عبارت دیگر اگر ترانزیستورها دارای ضریب دمایی مثبت باشند براحتی می توان آنها را موازی کرد. در مورد IGBTها باید دقت کرد که با توجه به سازنده ممکن است ضریب دمایی مثبت یا منفی باشد. بنابراین در موازی کردن IGBT ها باید ترانزیستورهایی انتخاب شوند که ضریب دمایی مثبت دارند. این مورد در دیتاشیت ترانزیستور قید می شود.

نکات مربوط به متعادل سازی جریان IGBT ها در حالت گذرا و کلیدزنی

برای موازی کردن IGBT ها باید از متعادل بودن سهم جریان هر ترانزیستور در حالت های گذار و در زمان های کلیدزنی نیز اطمینان حاصل کرد. همانطور که در ادامه مشاهده خواهید کرد متعادل سازی جریان در این حالت کمی پیچیده تر خواهد بود. همانطور که در شکل 3 مشاهده می شود در حالت گذار هر یک از Trackها و سیم های رابط، خاصیت سلفی خواهند داشت و اندوکتانس معادل LC1 و LC2 از خود نشان می دهند. اندوکتانس خروجی نیز که با LE1 و LE2 ناشی از سیم و Track رابط بین امیتر و ترمینال خروجی می باشد. بنابراین هر گونه اختلاف در این اندوکتانس سهم جریان هر یک از ترانزیستورها را نیز تغییر خواهد داد. به علاوه در زمان خاموش شدن ولتاژ Spike ترانزیستوری که دارای اندوکتانس بزرگتری است بیشتر خواهد بود. بنابراین برای کاهش اثر اندوکتانسها در موازی کردن IGBT ها کافی است ترانزیستورهای موازی شده تا حد امکان نزدیک به هم قرار گیرند. همچنین سیم کشی و Trackها بین هر دو ترانزیستور و در خروجی باید تا حدامکان یکسان و یکنواخت باشد.

parallel IGBT modules2
شکل 3: مدار معادل IGBT های موازی شده در حالت گذار

نکات مربوط به طراحی مدار درایو گیت در موازی کردن IGBT ها

در طراحی مدار گیت باید دقت کرد هر دو ترانزیستور از یک محل فرمان قطع و وصل دریافت کنند. همچینین مدارهای حفاظتی گیت، مقاومتهای سری شده با گیت و دیگر مدارهای مربوطه باید کاملاً یکسان باشند. در این مقاله در مورد مدارهای درایور گیت IGBT و ماسفت بیشتر توضیح داده شده است.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید