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Resumen—En este artículo se realiza un breve estudio sobre las
características que influyen en el reparto de corriente entre
semiconductores conectados en paralelo. El estudio se centra en
el reparto de corriente en transistores IGBT conectados en
paralelo y los mecanismos que permiten compensar dicho
reparto. Para ello se proponen dos estrategias de control para el
equilibrado de corriente que están basadas en un caso en el
cálculo del valor medio de la corriente y en el otro, en la
asociación de parejas de transistores. Finalmente se presentan
resultados experimentales basados en las estrategias de control
propuestas.
I. INTRODUCTION
A asociación en paralelo de interruptores permite incre-
mentar las prestaciones a partir de interruptores más
pequeños. Cuando se requieren elevadas potencias se tiende a
recurrir a módulos basados, en algunos casos, en la conexión
en paralelo de interruptores integrados [1] a [4]. En aplicacio-
nes en las que el precio de los semiconductores puede resultar
determinante, la asociación en paralelo de interruptores
discretos permite reducir la relación coste-Amperio del
interruptor [5].
El problema que se presenta en estos casos es debido al
reparto desequilibrado de las corrientes entre los semiconduc-
tores. La mayoría de fabricantes de transistores de potencia
suelen facilitar notas de aplicación que describen técnicas que
favorecen el reparto de corriente entre dispositivos conectados
en paralelo [6], [7].
Cuando se habla de reparto de corriente entre transistores
resulta conveniente diferenciar entre reparto estático y reparto
dinámico. Se considera reparto de corriente estático cuando el
estado de conducción de los transistores se mantiene durante
un cierto tiempo. En el caso de los transistores MOSFET, el
reparto estático de corriente depende principalmente de la
resistencia de conducción (R
DSon
). Esta resistencia tiene un
coeficiente de temperatura positivo y como consecuencia
tiende a ecualizar las corrientes que circulan a través de los
transistores. No obstante, deben tomarse en consideración
otros aspectos tales como la temperatura de la unión (T
J
) y la
corriente de drenador (I
D
) puesto que de estos parámetros
depende R
DSon
. En estos casos, es muy eficaz el acoplamiento
térmico de los transistores como método de reparto de
corriente. Dicho acoplamiento tiende a igualar la temperatura
en el disipador evitando de este modo un mayor desequilibrio
de T
J
.
El término dinámico no solo hace referencia a las
transiciones de corte a conducción, también al reparto de
corriente en aquellos casos en los que los ciclos de trabajo son
pequeños y los mecanismos de reparto de corriente estático
puedan ser despreciados. En los transistores MOSFET el
reparto de corriente dinámico es sensible a parámetros tales
como la transconductancia (g
m
), la tensión umbral puerta-
surtidor (V
GSth
), las capacidades de puerta, la resistencia de
conducción y al driver de activación de los transistores.
Transistores con características g
m
iguales permiten repartos
simétricos de corriente (1).
=
(1)
En el caso de los transistores IGBT, el coeficiente de
temperatura de la resistencia de conducción es negativo de
modo que la circulación de corriente a través de transistores en
paralelo tiende a incrementar el desequilibrio.
En este artículo se realiza un breve estudio de aquellas
características que provocan la falta de equilibrio en el reparto
de corriente en transistores IGBT y qué medidas pueden
tomarse con el objetivo de equilibrarlas. Para ello, se
comparan dos estrategias de control para el equilibrado de
corriente. Algunos autores proponen el cálculo del valor
medio de la corriente entre transistores como estrategia de
control para el equilibrado [8]. En este artículo se presenta otra
estrategia basada en la asociación de parejas de transistores.
Finalmente se muestran resultados de ensayos experimentales
obtenidos con el esquema de control propuesto.
II. REPARTO DE CORRIENTE
La g
m
y la tensión V
GEth
son las características que
contribuyen en mayor medida al desequilibro del reparto de
corriente en IGBTs conectados en paralelo (2), (3).
La existencia de inductancias parásitas en el emisor (L
e
) del
transistor influye también en el reparto de corriente. Las
fuertes variaciones de corriente asociadas a la conmutación del
transistor provocan la aparición de valores de tensión lo
suficientemente elevados como para modificar la tensión de
puerta del transistor en el instante de activación.
≅
(
−
ℎ
) (2)
=
+
=
+
()
(3)
Estrategia de control para el equilibrado de corriente en
transistores IGBT conectados en paralelo
Raúl Pérez
*
, Manuel Román
*
, Guillermo Velasco
*
* Escola Universitària d’Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona (EUETIB-CEIB)
Departament d’Enginyeria Electrònica (DEE) – Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).
Email: raul.perez-delgado@upc.edu
L
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