如何测量功率回路中的杂散电感

在电力电子系统中，杂散电感是一个常常被忽视却又极其重要的参数。它是指由电路中的导体如连接导线、元件引线、元件本体等呈现出来的等效电感。虽然杂散电感的数值通常很小，但它对功率器件的开关性能和整个系统的效率有着显著影响。

杂散电感对功率器件，尤其是绝缘栅双极晶体管（IGBT）的开关过程有着深远的影响。当IGBT导通时，如果存在较大的杂散电感，会导致电流上升缓慢，增加开通损耗。相反，在关断过程中，杂散电感会导致电压尖峰，产生额外的关断损耗。例如，在一个实际测试中，当主回路杂散电感从36μH增加到264μH时，IGBT的关断损耗增加了约30%，而开通损耗则减少了约15%。

为了准确评估杂散电感的影响并设计适当的缓冲电路，我们需要精确测量功率回路中的杂散电感。传统的测量方法包括阻抗分析仪直接测量和数值计算法（如有限元法）。然而，这些方法要么精度不够，要么过程复杂且成本高昂。近年来，研究人员提出了一种基于IGBT开关过程的间接测量方法，这种方法更加实用且精度更高。

具体来说，这种方法通过在直流母线端并联吸收电容，采用双脉冲测试方法测量IGBT的开通和关断瞬态曲线。通过分析IGBT关断过程中的谐振周期，可以计算出变流器的杂散电感。例如，在一个实验中，通过这种方法测量得到的杂散电感值与理论计算值相差不到5%。

在实际设计中，降低杂散电感是一个关键任务。一些常用的方法包括使用叠层母排来降低关断电压尖峰，优化元件布局以减少导线长度，以及在必要时增加适当的电感来抵消杂散电感的影响。例如，在一个半桥逆变电路中，通过在逆变晶闸管与续流二极管之间串联一个大电感，成功消除了电压毛刺和电流毛刺，显著提高了系统的稳定性和效率。

杂散电感的精确测量和有效控制对于提高电力电子系统的效率、可靠性和经济性至关重要。随着电力电子技术的不断发展，对杂散电感的深入理解和精确控制将变得越来越重要。未来的研究方向可能包括开发更精确的测量方法，以及在系统级优化中考虑杂散电感的影响。