IGBT模块并联技术已被广泛应用于电力电子行业。无论是受限于单模块电压能力不足，还是并联方案更具成本优势，或是系统扩充性、系列化需求，越来越多的应用须要IGBT模块并联方案。
为了充分发挥并联优势，均流疗效就变得尤为重要了，否则严重电压不平衡将会造成某一模块承受过大电压，因而限制并联模块整体输出能力，难以达到预计的并联疗效。
这么，均流都包括什么类型呢？有什么诱因会影响到模块均流呢？又有什么均流举措呢？下边我们来逐一进行说明。
1.均流分类
均流包括动态均流和静态均流，元件层面包括IGBT均流和续流晶闸管均流，见表1。以IGBT为例，静态均流是指在IGBT导通过程中的电压分布，而动态均流是指在IGBT开关过程中的电压分布。
表1均流分类
2.均流影响诱因
半导体模块自身参数和其应用参数就会影响并联模块的均流，具体影响参数见表2-1和表2-2。
表2-1均流影响诱因-半导体模块相关参数
表2-2均流影响诱因-应用相关参数
3.静态均流
3.1IGBTVCE(sat)和正气温系数对电压分布的影响
关于IGBT气温系数，图1以（额定电压450A）模块为例进行解释。在相同电压情况下，结温Tj越高，饱和压降VCE(sat)越大，元件呈现为正气温系数（PTC）特点。通常来说，NPT/IGBT在电压小于其额定电压的10-15%以上时具有正气温系数，这一特点有助于IGBT静态均流。
图1IGBTVCE(sat)气温系数-
下边，举个反例来说明下VCE(sat)和PTC对IGBT静态均流的影响。
图2模块并联等效电路
假定IGBT工作在PTC范围：
3.2晶闸管VF和负气温系数对电压分布的影响
大多数三极管在其额定电压范围具有负气温系数（NTC），即Tj下降时，其导通压降VF将变小。这些负气温系数特点将会造成更高的电压不均衡性。为此，按照晶闸管正向压降来选择晶闸管进行并联是一种明智的选择。
图3为反并联续流晶闸管气温系数特点。随着电压的降低，气温系数也会急剧变化。图中可以看出，在416A以下，晶闸管表现为NTC特点；在416A以上，表现为PTC特点。
图3晶闸管VF气温系数-
3.3改善静态均流举措
4.动态均流
在现实化学世界中，无论是由于半导体材料缘由还是制造工艺缘由，没有两个IGBT元件的参数是100%完全一致的。IGBT的开通、关断时间ton和toff，门极阀值电流VGE(th)，米勒平台电流VGE(pl)，门极电荷曲线VGE=f(Qg)，转移特点曲线IC=f(VGE)的不一致，会对IGBT模块并联系统中的动态均流形成显著的影响。据悉，从应用的角度，驱动电路设计和主回路结构的设计也会对IGBT并联系统的动态均流有特别大的影响。优秀的驱动方案和主回路结构设计可以很大程度改善并联模块的动态均流特点。
5.IGBT并联驱动方案
IGBT的并联驱动方案主要有两种，一种是集中驱动方案，另一种是独立驱动方案。如图4所示。集中方案是指采用一个驱动核+适配板的形式驱动所有并联模块；独立驱动形式就是每位并联的模块都有其独立的驱动核+适配板。
（a）集中驱动方案
（b）独立驱动方案
图4IGBT并联驱动方案
5.1集中驱动方案
为了使门极保护愈发有效，单独的门极电路（如门极内阻，TVS，RGE，CGE等）应当尽可能紧靠IGBT门极，门极布局需尽可能减少回路电感，同时需确保并联模块间驱动电路的对称性。建议将门极驱动内阻、TVS，RGE，CGE等保护元件装配于适配板上，驱动核可直接联接到适配板上，或则通过双绞线进行联接，如图5所示。
图5IGBT与驱动器联接
IGBT并联驱动电路门极可采用图6所示的配置来优化动态均流疗效。它们有一个共同的控制驱动末级，须要使用同等宽度的双绞线或则同等宽度的彩印电路板电路进行连线。
图6集中驱动电路建议（优化动态均流）
下边来简单解释下各部份的功能和作用。
1）IGBT模块自身存在差别，如VGE(th)（负气温系数，Tj越高，VGE(th)越低），转移特点IC=f(VGE)，门电荷特点VGE=f(Qg)，开关时间ton，toff等，倘若将IGBT通过一个公共的门极内阻Rg进行硬并联（如图7所示），则会有如下问题：
图7错误的并联形式
2）每位IGBT引入独立的门极内阻Rgn，这样容许每位门极电流独立上升(Rgn，1%公差)
图8更佳的并联形式
3）引入发射极内阻Ren(≈10%Rgn，但最小0,5Ω)，主要有以下作用：
如图9所示，IGBTT1先开通，di/dt与发射极线路寄生电感共同作用形成感应电流L1*di1/dt,因而在RE1，RE2和L2，L1之间产生环流电压I12，此时VGE1=VGE-IRG1*RG1-VRE1，VGE2=VGE-IRG2*RG2+VRE2，先开通的IGBTT1门极电流VGE1增长，开通速率减小；后开通IGBTT2门极电流VGE2上升，开通速率提升，进而实现动态均流。
图9带有公共发射极的IGBT并联等效电路
但是，由发射极耦合导致的均流平衡也有局限性。
为此，对称的低发射极电感设计是必须的。上管IGBT比下管IGBT更为危险，缘由是AC联接一般比DC-联接具有更高的发射极寄生电感。
4）建议引入肖特基晶闸管Den与Ren并联，在漏电情况下，有助于平衡发射极电流，防止振荡（肖特基晶闸管参数≈100V,1A）
5.2单独驱动方案
单独驱动器方案对动态电压分布的影响诱因如下：
下边通过案例来看了解下各诱因的影响。
图10100ns关断延后（对应48%电压降低-蓝色曲线）
图1125ns晃动延时（对应12%电压降低-红色曲线）
图12关断门极电流降低0.7V（对应52%电压降低-蓝色曲线）
由以上案例可知，单独驱动器方案动态电压分布严重依赖于传输延后时间差别、抖动时间、门极电流差别，而集中式驱动方案则不须要非常考虑这种诱因。
对于大功率系统而言，多模块并联促使发射极连接线路更长、发射极电感更大而且不均衡，因而可能造成电压不均衡和振荡。在这些情况下电阻并联等效电阻公式，并联可以由几个模组构成，每位模组使用一个独立的驱动器，如总共6个并联，其中每3个共用一个驱动器，如图13所示。因为开关速率差别可能造成较大的电压不均衡，须要使用均流检波来优化电压分布，但是最终的电压不均衡性依赖于均流检波大小。
IGBT驱动器功率限制也可能是不均衡的缘由，因而须要保证驱动器具备足够的驱动能力。
图136个并联方案
5.3集中驱动方案vs单独驱动方案
在选择驱动方案时，系统规格是关键参数。对于紧凑型系统，集中式驱动更好些，不用考虑传输延后时间差别、抖动时间、门极电流差别，同时发射极反馈效应有助于动态均流。对于大功率系统而言，多模块并联促使发射极连接线路更长、发射极电感更大而且不均衡，因而可能造成电压不均衡和振荡，因而，大功率系统更适宜使用单独驱动器方案。对于单独驱动器方案，须要尽可能减少驱动器传输延后时间差别、抖动时间和门极电流差别，假如上述差别很小、结构设计对称性也挺好，一般不使用交流检波、模块直接硬并联是可以的；假如硬并联电路电压不对称性低于设计指标，建议采用均流检波来实现更好地动态均流疗效，但这会影响静态不均流（后续有相关介绍）。
6.对称结构设计
为了实现对称的电压分布，并联电路内所有功率电路和控制电路的设计都应尽量降低寄生电感和严格依照对称回路接线来进行。对于对称的要求，除了是到公共交流端连线要求同等的宽度（分支阻抗），并且对从半导体到直流母线电容器（换流回路电感）的路径也要求同等宽度。每位模块配备相同数目的电容器，而且保持相同的装配距离。发射极电感必须保持较小，由于它会使开关过程中的驱动电流电位发生快速变化。
6.1结构对称的重要性
图14左图为对称交流负载联接、不对称母线联接和对应开通电压分布；图14下图为不对称交流负载联接、对称母线联接和对应开通电压分布。
图14结构不对称性对均流的影响
6.2寄生电感对均流的影响
图15为4个IGBT模块并联，双脉冲测试时不同交流负载线缆联接位置造成的均流疗效差别，右图中最左边模块流过电压比平均电压高20%左右。
图15寄生电感对均流的影响
6.3负载耦合电感对均流的影响
若果在结构设计时将交流输出线缆与AC并联母排平行布局，则须要考虑负载线缆与交流排之间的感性耦合疗效，参考图16。
图16感性耦合对均流疗效的影响
6.4布局建议
模块并联时，必需要考虑结构的对称性以保证好的均流疗效。交流端联接方式和控制电路联接推荐案例如下。
图17推荐交流端联接形式
图18推荐驱动电路对称性设计
7.均流检波选择
我们先通过一个案例来了解下IGBT模块并联时线路电感对动态均流和动态到静态均流收敛过程的影响。
7.1电感L1/L2大小对动态开通电压分布的影响
图19两个IGBT模块并联的等效电路
图20不同电感L1，L2时的动态电压分布
由上述案例可知，L越大，动态均流疗效越好。
7.2电感L1/L2大小对电压从动态到稳态分布的影响
当两并联IGBT全部开通后（t1时刻后），在导通过程中，IGBT电压将会重新分布，其分布与电感L1，L2关系如图21所示。
图21并联IGBT全部导通后电压分布图（对应不同电感L1，L2）
1()、2()收敛速率取决下如下参数：
假如L1+L2降低，时间常数τ降低，电压I1(t)，I2(t)收敛速率增长，这么I1(t)，I2(t)收敛到Iac(t)/2的时间取决于下一个开关切换时间、时钟频度和当时的Iac(t)瞬态值。如果在IGBT导通结束时，I1(t)，I2(t)并没有收敛到Iac(t)/2，这么在下一个开关工作时电阻并联等效电阻公式，这个偏斜电压将会被叠加到不对称电压当中，请参考图22。
图22IGBT导通结束时的电压偏斜量和影响（没有考虑晶闸管导通过程）
7.3逆变器模式下模块并联时不同交流电感量对均流的影响
案例1：电感值相当于模块通过铜排进行并联
案例2：电感值相当于模块通过功率线缆进行并联（几微亨）
案例3：电感值相当于模块通过检波进行并联（几标头亨或毫亨级）
测试条件：模块1（红色曲线）被提早150ns开通
图23不同AC电感量对逆变器电压分布的影响
在实际的逆变器测试中，电压分布显著好于双脉冲测试，缘由是IGBT正气温系数和较高的负载感抗。双脉冲测试适用于调查开关特点和对称性，并且不适用于调查并联模块的电压分布。
7.4均流检波器感值选择
通过使用外部电感，可以降低在开关时刻的电压不均衡以及开关耗损差别。
图24并联模块的动态电感耦合
如图24所示，T1在t1时刻先开通，T2在t2时刻开通，则在t1到t2期间(T1已开通，T2未开通，D4续流)，K1和K2两点间的电流为直流母线电流，同时L1上电压上升率和L2上电压升高率绝对值一样，即di2/dt=-di1/dt。这么，有如下公式创立：
Vdc=L1*di1/dt+(-L2*di2/dt)
=L1*di1/dt-L2*(-di1/dt)
=(L1+L2)*di1/dt
基于上述原理，可得到如下两模块并联时均流检波估算公式：
2*Lmin=Vdc/(di/dt)
比如，最大不均衡电压限制为50A，最大开通时间差别为125ns和1200V直流母线电流，则均流电感值为：
即每位IGBT须要1.5μH的电感。
8.其它注意事项
8.1热设计的合理智
在任何情况下，并联模块时，良好的散热耦合是很重要的。对于有多个散热片的小型并联系统，尤其是对空气冷却系统，应尽量避开热串联结构（热堆积）。当气温相差10°C时，对同样的三极管，都会带来正向导通电流差20毫伏的差异，因为负气温系数，越热的晶闸管将会承受更多的电压，这都会进一步激化气温差别。
8.2模块并联降额使用
虽然优化了模块选择、控制设计和导线布局，仍不可能完全达到一个理想的静态和动态的平衡，因而，须要考虑降额使用。依照各类实际经验以及各类半导体静态和动态参数可能带来的影响，建议对模块最小降额10％使用。
通常，降额比列可参考如下公式进行计算。在实际应用中，须要依照实际均流疗效、过载条件和散热条件来最终确定最终可使用电压大小。
降额比列：
参考文献:
Hofstötter,Lamp,SKAN17-001,“IGBTinwithandBoard”
,of“IGBT---2”
A.,A.,N.Hofstötter,J.Lamp,of“Rev3.0”
A.,U.,W.,T.,“Power”,2nd,ISLE2015,ISBN978-3--83-3
