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IGBT模块低杂散电感叠层母排设计

叠层母线用于实现电力电子产品中功率电路各组件的电气连接，通过采用正负极平行层叠分布的结构形式降低线路分布电感，从而降低功率元件两端的反向尖峰电压，降低功率器件对电压保护吸收电路的要求，提高功率器件运行的可靠性和稳定性，同时提高了电路的

集成度，便于维修维护。

叠层母线具有以下优点：

(1)低杂散电感，从而减少电压尖峰对元器件的损害，提高(延长)电子元器件的使用寿命；

(2)具有最小的阻抗，降低连接组件两端的压降；可以降低系统噪音和电磁干扰、射频干扰；

(3)方便安装和现场维护；

(4)减少部件数量，增加系统可靠性；

(5)简洁、美观。

目前BUSBAR已经被广泛应用于电力电子、航空航天、交通运输及军事等领域。

功率损耗与杂散电感的影响，Vce,Ic,Pv,Eswitch的关系如下图：

0Yce(t)

0

ic(t)

py(t)

P,=ic

P,=ic·Vce

如果增加开关速度，将减少开关损耗Eswitch:

Vce(t)

ic(t)Vee

p、(t)

杂散电感对关断过程的影响：

开通(通过续流二极管换流)

开通

(通过续流二极管换流)

(带感性负载时，换流到续流回路)

IGBT模块在端子上引起的过电压

由杂散电感引起的压降

IGBT在关断时，由于直流环节的杂散电感，两端会出现过电压：

加上直流母线电压后可能会导致VceVcemax,从而使IGBT过电压损坏。

Vce=Vovershoot+Vdclink

_

通过设计低电感的直流环节(较小的Lstray),可以使过电压显著减小。

di

di

=LX

stray

dt

L模块电感+L直流母线电感

Vovershoot

模块内部过电压+模块主端子的过电压

电感：

当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中的电流发生变化时，其周围

的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，这就是自感。

两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就

是互感。

母线的电感：

电感普遍存在与导电的导体。通常叠层母线(BUSBAR)的物理尺寸是由系统决定的，元

器件的位置是由BUSBAR的结构决定的。为了尽量减少电感的影响，而又不会对系统整体

装配有大的影响，可以通过缩短导体与导体之间隔开的间距来实现。在系统或者部件允许

范围内，导体也应该设计成尽可能的宽。

电感估算公式：

L=31.9la/b

其中：L=nH,I=导体长度，a=电介质厚度，b=导体宽度

电容：

电容(或称电容量)是表征电容器存储电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电

势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。

母线的电容：

系统中BUSBAR的正负母线之间由于特殊的结构，有着一定量的电容，BUSBAR的结构通过巧妙处理，使系统按要求执行任务。选择的电容绝缘材料介电常数符合要求，就不需要改变汇流线的结构。不影响系统内部的电感系数来实现电容可变，又要满足电压衰减的

绝缘要求。

电容估算公式：

C=0.2251bEr/a

其中：C=pF,I=导体长度，b=导体宽度，Er=介电常数，a=电介质厚度

电流：

在单位时间里通过截面的电荷量，叫电流。分为直流和交流。

母线的电流：

大多应用在直流环境下，母线的额定电流是基于导体在载流时允许的最高温度上升范围的

基础上。在这个最高温度下能长期稳定的工作。

电流估算公式：

I=wt*1.5

其中：I=A;W=导体宽度mm;T=导体厚度mm。

铜排与叠层母线的对比：

普通的铜排连接，绝缘是靠空间距离来完成的，电气性能差，较多的连接点，可靠性和抗

污染能力差。

叠层母线有较小的引线电感，绝缘材料绝缘可靠，封边处理污染能力好。

普通铜排连接

叠层母线

导体：

在所有金属中导电性能最好的前四种金属按照顺序依次是银、铜、金、铝。

密度

g/cm3

相对电导率

%

热导率

W/(M.K)

耐腐蚀性

银

10.5

100

429

2

铜

8.96

97

393

3

金

19.3

74

1

铝

2.7

61

204

4

BUSBAR用绝缘材料：

材料

温度

耐压

介电常数

阻燃等级

基本性能

环氧涂料

155

10.0KVAC

(10mil)

4.00

UL94V-0

阻燃

耐湿

Kaladex(PEN)聚萘二酸乙二

醇酯

155

12.0KVAC

(3mil)

3.24

UL94VTM-2

环保

在使用温度范围内有突出的力学,化学以及电学性能