叠层母排在合康高压变频器上的应用

20世纪80年代以来，以IGBT为代表的双极型复合器件迅速发展，使得电力电子器件沿着高电压、大电流、高频化、模块化的方向发展。随着我国高压变频器广泛应用于我国国民经济各个行业，高压变频器朝着体积更小、结构更加紧凑、功率密度高的方向发展。在此基础上对高压变频器系统的可靠性提出了更高的要求。目前，合康高压变频器均采用叠层母排作为滤波电容与功率模块的连接部件，与传统的、笨重的、费时及麻烦的配线方法相比，使用叠层母排可以提供现代的、易于设计、安装快速及结构清晰的配电系统。

一、 高压变频器未使用叠层母排时存在的尖峰电压影响

在高压变频器功率回路中，IGBT 的关断尖峰电压是由于通过IGBT 的电流在IGBT 的关断时而产生的瞬时高电压。现以感性负载半桥电路关断过程加以说明(如图1)。

假设Q2截止，Q1处于开通状态。若主回路为理想电路且不存在寄生电感，当Q1由导通变截止时，由于感性负载电流不能突变，将通过续流二极管D2续流，以构成电流回路。此时Q1上的电压将上升，直到它的值达到比母线电压Ed高出一个二极管的压降值才停止增加。但在实际的功率电路中存在寄生电感，如图中的等效寄生电感LS。当Q1截止时，电感LS阻止负载电流I0向Q2的续流二极管D2切换。在电感LS两端产生阻止母线电流增加的电压，它与电源电压相叠加形成尖峰电压(如图2)并加在Q1的两端。该尖峰电压一方面增加了开关损耗，在极端情况下，该尖峰电压会超过IGBT的VCES额定值，并损害IGBT。[[1]]

等效寄生电感分布于整个功率电路中，主要由母线寄生电感和功率模块寄生电感等组成，分布电感量越大，负载电流越大，功率开关di/dt越短，这种危害就越严重，且这种危害不会因为功率开关器的选择而消失。

二、 叠层母排对抑制尖峰电压起到的作用

高频化、大功率电压控制型功率器件在开关过程中，由于母线寄生电感和功率模块自身电感的影响，会产生很高的尖峰电压，这种尖峰电压一方面增加了开关损耗，使系统发热增加，另一方面过高的尖峰电压会影响功率模块正常工作。因此，必须将开关过程的尖峰电压限制在允许范围内。降低开关过程中尖峰电压的途径有两种：一是通过选择合适的栅极驱动电阻来减小di/dt，从而减小尖峰电压，但弊端是导致dv/dt减小，开通时间和关断时间延长，进而增加开关损耗;二是减少直流回路功率母线的分布电感(寄生电感)，这种方式通常采用叠层母排来降低尖峰电压。

叠层母排(如图3)，其结构是将两层或多层铜排叠在一起，铜板层与层之间用绝缘材料进行电气隔离，通过相关工艺将导电层和绝缘层压制成一个整体。它的优势是将连接线做成了扁平的截面，在同样的电流截面下增大了导电层的表面积，同时导电层之间的间隔大幅降低，由于邻近效应使得相邻导电层流过相反的电流，它们产生的磁场相互抵消，从而使得线路中的分布电感大幅降低。

合康高压变频器采用设计优良的低电感叠层母排作为滤波电容与功率模块的连接部件(如图4)，不仅可以大幅降低尖峰电压，还可省去吸收电路，降低IGBT的选型电压，提高了系统的可靠性及安全性。