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功率模块杂散电感提取方法:全面综述与分析
Stray Inductance Extraction Methods for Power Modules: A Comprehensive Review and Analysis
| 作者 | Mingyu Yang · Yikang Xiao · Shiqi Ji · Wenhao Xie · Zhengming Zhao · Chao Sheng |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 功率模块 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 杂散电感 半桥功率模块 换流路径 提取方法 高精度表征 |
语言:
中文摘要
换流电路的杂散电感对功率半导体器件的开关过程有显著影响。本文对半桥功率模块中的杂散电感提取进行了全面研究。在回顾了包括电磁仿真、开关瞬态提取和静态测量等现有方法后,我们提出了一个新的视角,即根据二极管和有源开关的不同位置确定了六条不同的换流路径。我们的研究结果表明,这些路径的杂散电感存在 9% - 17% 的差异,这凸显了针对特定路径进行分析以实现精确提取的重要性。我们进一步对基于矢量网络分析仪的测量方法补充了直接阻抗测量方法,并分析了夹具补偿的局限性。这些观点为电力电子应用中的高精度杂散电感表征提供了新的见解和指导。
English Abstract
The stray inductance of the commutation circuit significantly impacts power semiconductor device switching. This article presents a comprehensive investigation on stray inductance extraction in half-bridge power modules. After reviewing existing methods including electromagnetic simulation, switching transient extraction, and static measurement, we propose a novel perspective that identifies six distinct commutation paths from the distinct positioning of diodes and active switches. Our findings reveal 9%–17% differences in stray inductance across these paths, highlighting the importance of path-specific analysis for precise extraction. We further supplement direct impedance measurement approaches to vector network analyzer-based measurements, and analyze the limitations of fixture compensation. These perspectives provide new insights and guidance into high-precision stray inductance characterization for power electronics applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的核心业务视角来看,这项关于功率模块杂散电感精确提取的研究具有重要的工程应用价值。在光伏逆变器和储能变流器中,IGBT/SiC功率模块的开关特性直接影响系统效率、电磁兼容性和可靠性。该论文揭示的换流路径差异导致9%-17%的杂散电感偏差,这一发现对我们优化高功率密度逆变器设计至关重要。
对于阳光电源正在推进的1500V光伏系统和大容量储能变流器,精确的杂散电感表征能够帮助我们:首先,更准确地预测开关损耗和电压尖峰,优化缓冲电路设计,这对提升系统效率和降低成本具有直接价值;其次,在采用SiC等宽禁带器件时,由于其更快的开关速度,杂散电感的影响被放大,路径特定分析方法能够支持我们充分发挥新型器件的性能优势;第三,该研究提出的矢量网络分析仪测量补充方法,可为我们建立更完善的功率模块入厂检验和质量控制体系。
技术成熟度方面,论文提供的多种提取方法已具备工程应用基础,但夹具补偿的局限性提示我们在实际测试中需要建立针对性的校准规范。当前挑战在于如何将这些方法标准化并集成到产品开发流程中,同时需要考虑批量生产中的测试效率。
这项研究为阳光电源在高频化、高功率密度化的技术路线上提供了重要的理论工具,建议将相关方法引入到我们的功率模块选型评估和自主设计验证体系中,特别是在开发下一代大功率储能PCS和组串式逆变器时予以重点应用。