1 引言?
在兆瓦級，大功率電力電子應(yīng)用中需要大容量的半導(dǎo)體器件。然而，對于某些應(yīng)用來說，即使是目前可以得到的*大半導(dǎo)體器件容量也不夠大。因此需要將它們并聯(lián)。在傳統(tǒng)的電力電子電路中將半導(dǎo)體器件并聯(lián)是非常普遍的。
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現(xiàn)在討論一種可能的方案：電力電子裝配把包含IGBT和二極管的IGBT基本單元、散熱器、直流環(huán)節(jié)電容、驅(qū)動器和保護電路、輔助電源和PWM控制器（一個獨立單元）組裝在一個三相逆變器中。這些單元可以并聯(lián)，例如用于一臺帶永磁發(fā)電機的4象限驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機和所展示的全功率4兆瓦變換器。
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本文介紹一種在中壓范圍內(nèi)得到更大風(fēng)力發(fā)電功率的方法。該方法使用變速中壓永磁發(fā)電機的線路接口連接，沒有任何電壓和功率限制，并且采用已經(jīng)證明有效的半導(dǎo)體器件和組件。將基本電力電子單元串聯(lián)以獲得更高的電壓，并聯(lián)以獲得更高的功率等級。
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2 不同阻斷電壓下IGBT效率的對比
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IGBT在電力電子電路中使用非常廣泛。如今有各種電壓等級的IGBT，廣泛用于工業(yè)應(yīng)用的1200V和1700V IGBT以及3.3kV、4.5kV和6.5kV的中壓IGBT。那么哪種電壓等級*適合大功率應(yīng)用呢？當(dāng)上述IGBT被放置在目前可得到的*大外殼中以制造逆變器時，可以找到這個問題的答案。當(dāng)然，在*優(yōu)工作條件下模擬可用功率更簡單。
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為了做到這一點，選用了*大的標準外殼（IHM，190mm寬）。IGBT都被封裝在這個外殼中，并定義了*佳工作條件：直流運行電壓Vdc、,交流輸出電壓Vac、載波開關(guān)頻率3.6 kHz以及盡可能好的冷卻條件。圖1顯示了基于給定參數(shù)而計算出的不同IGBT的可用功率。
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結(jié)果顯示，采用3.3 kV、1200 A獨立模塊得到的*大功率約為采用1.7 kV、2400 A IGBT所得功率的一半。相比之下，6.5 kV、600 A IGBT模塊所提供的功率僅為1.7 kV IGBT的四分之一。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是IGBT模塊的損耗。如果計算圖2中三個變換器的效率，可以看到損耗比為1:2:4。
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對于這個對比，我們使用了相同的載波開關(guān)頻率fsw = 3.6kHz。這使得我們有機會采用相對較小的濾波器設(shè)計逆變器。使用不同的載波開關(guān)頻率，將導(dǎo)致所用的輸出正弦濾波器不同?；谏鲜龇N種原因，可以看出，采用1.7 kV IGBT可實現(xiàn)*大效率，它是一款單位模塊價格非常合理的標準工業(yè)產(chǎn)品。?
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不同阻斷電壓下IGBT效率的對比.
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運行條件是：fsw = 3,6KHz、cosφ = 0.9，相同模塊和冷卻條件下三相逆變器的運行
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1.7 kV IGBT封裝在不同的模塊外殼中。為了對比，我們可以采用*大的單管模塊IHM 2.4kA、?? 1.7kV，將兩個這樣的模塊和一個尺寸與長度相近的雙管模塊SKiiP1513GB172做比較。如果兩個SKiiP在散熱器上背靠背放置，則可得到一個電流是2 x 1.5kA = 3.0kA的半橋（外殼溫度= 25 ℃時 ），或者電流為 2.25kA的半橋（外殼溫度為70 ℃時）。
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兩個單管模塊將提供一個2.4kA的半橋。比較計算的結(jié)果可以看到，與放置在*大外殼中的標準模塊相比，采用SKiiP的方案可在整個開關(guān)頻率范圍內(nèi)提供更高的輸出電流?？捎媚孀兤鬏敵龉β逝c開關(guān)頻率的關(guān)系見圖3。
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如果采用了更強大的SKiiP模塊，如使用氮化鋁作為陶瓷基板的SKiiP 1.8kA, 1.7kV，可從三相逆變器獲得更高的功率，即1800 kVA。
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圖4?? 配備了1800 kVA基本單元的示例
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3 并聯(lián)IGBT模塊
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以下方案對于IGBT模塊的并聯(lián)運行是可行的。
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?、拧∫慌_三相逆變器用于整個功率的提供，相腳是由許多并聯(lián)的IGBT模塊和一個強大的驅(qū)動器組成。每個IGBT模塊必須有自己的柵極電阻與對稱直流環(huán)節(jié)和交流輸出連接。[1]
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⑵? 三相IGBT基本單元硬并聯(lián)。
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整個系統(tǒng)是通過一臺控制器及其PWM信號控制。所有三相逆變器都連接到一個公共的直流環(huán)節(jié)電壓。對于每個獨立基本單元驅(qū)動器，采用驅(qū)動器并聯(lián)板實現(xiàn)并聯(lián)。驅(qū)動器工作時間小的變化（小于100ns ）是通過小的交流輸出扼流圈進行補償?shù)模姼? 5 μH）。所有的三相逆變器同時運行，但存在小的時延，小時延可通過額外的交流扼流圈進行補償。采用對稱布局和IGBT飽和壓降的正溫度系數(shù)來保證適當(dāng)?shù)呢撦d電流均衡。[2]
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第2項所述的系統(tǒng)每個基本單元附帶PWM信號的附加校正。并聯(lián)基本單元的精確負載電流均衡是由附加PWM校正控制的。
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將幾個帶同步PWM的單元并聯(lián)運行，且用附加PWM控制消除循環(huán)電流。[3]
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每個基本單元都使用電氣負載隔離。各個基本單元都有自己的控制器，通過絕緣繞組給負載提供電力。PWM是獨立的、非同步的、自由運行的信號，且每個基本單元都有自己單獨的直流環(huán)節(jié)。在電網(wǎng)側(cè)，每個基本單元有自己的正弦LC濾波器。假如輸出也是電氣隔離的，則不同直流環(huán)節(jié)間不存在循環(huán)電流。 這是將帶有標準獨立控制器的標準獨立基本單元并聯(lián)起來的*簡單的方法。
