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功率模块及系统寄生电感新标杆? | 寄生电感全面解析及分析设计指南【Part 1】

功率模块及系统寄生电感新标杆? | 寄生电感全面解析及分析设计指南【Part 1】 电力电子系统应用智库
2025-07-03
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导读:和电力电子系统应用智库一起,见证电力电子大发展的时代!

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导言:寄生参数是电路非理想特性的核心来源,其影响随频率升高和功率增大会更加显著;对于如宽禁带半导体等高频大功率应用场景,寄生参数控制是决定系统性能的关键因素。同时在所有功率模组的数据手册中,通常也会定义模块的寄生电感值,当前在行业内,除了要求功率模组的寄生电感值,甚至会比较搭载功率模块后系统的寄生电感要达到什么水平,比如在刚刚过去的TMC会议上,理想汽车就展出了系统电感为10nH的功率模块,成为了行业内新的标杆。本文试图将什么是寄生电感,寄生电感的影响是什么,如何测量寄生电感及如何优化等问题试图逐个说明,同时对于如何对寄生电感进行仿真计算做出一些说明



目录


1. 寄生电感定义

    • 1.1 什么是寄生参数

    • 1.2 寄生参数有什么影响

2. 功率模组寄生电感

    • 2.1 功率模组寄生参数影响因素

    • 2.2 功率模组寄生电感电压超调定量分析示例

    • 2.3 功率模组几何参数影响寄生电感的定性分析(后续分享)

    • 2.4 功率模组寄生电感测试方法(后续分享)

    • 2.5 降低寄生电感的方法(后续分享)

    • 2.6 寄生电感仿真计算方式示例(后续分享)

3. 系统寄生电感(后续分享)

    • 3.1 系统寄生电感定义

    • 3.2 系统寄生电感仿真方法介绍

    • 3.3 系统寄生电感测量方法介绍

4. 总结(后续分享)


来源:理想汽车



01 寄生电感定义 


1.1 什么是寄生参数


寄生参数是指电子元件或电路中由于结构、材料、工艺等非理想因素,不可避免产生的额外电气参数,包括寄生电感、寄生电容和寄生电阻。这些参数并非设计初衷,但会对电路性能、信号传输、系统稳定性等产生重要影响,这些寄生参数是电路非理想特性的核心来源,其影响随频率升高和功率增大会更加显著。对于如宽禁带半导体等高频大功率应用场景,寄生参数控制是决定系统性能的关键因素


来源:Semikron



1.2 寄生参数有什么影响


寄生电阻会消耗电路中的电压,会造成电源供电不变情况下,门极电压无法达到门限的情形,同时还会增加功率回路中的导通电阻Rdson


根据电感产生电压的数学公式:寄生电感会导致过压超调,电压信号振荡以及功率损耗。如下图所示。


来源:ST


寄生电感会引起超调和信号振荡,电压超调会增大开关损耗,而信号振荡和振铃现象也会增大功率损耗。



02 功率模组寄生电感


2.1 功率模组寄生参数影响因素


如下图所示为功率模块封装结构示意图,一般包括SiC/IGBT裸片,DBC衬底,功率端子,以及键合线,功率模块的这些子部件都会对功率模块的寄生参数产生影响。具体可以表现在互联方式(引线键合,焊点以及铜线迹线),基底材料(基底中的介电层)和电路layout(由于电流路径形成的环形区域)





2.2 功率模组寄生电感电压超调定量分析示例


如下图所示,由于功率模块封装的互联方式,基底材料和电路layout造成的寄生电感通常包含多个部分,比如下图中的L1到L7所示,通过定量分析结果,原本母线电压在860V的应用,超调后系统电压达到了1143.5V,同时还会造成信号振荡和功率损耗。



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