并联PiN二极管的温度频率特性建模与分析

针对风电变流器等应用场景,随着功率等级的不断提升,硅PiN二极管的并联使用问题日益突出。然而,并联硅PiN二极管器件的静态参数具有分散性,并联器件间的线路布局存在不均衡性,这些因素都导致并联器件间的电流分布不均,进而引起器件间的损耗和发热不一致,使并联PiN二极管工作于不同的结温。相应地,结温差异会对二极管的反向恢复过程产生影响,并进一步影响并联器件间的电流和结温分布,甚至危害器件和变流器的安全稳定。该文以硅PiN二极管分立器件为研究对象,计及温度影响,建立正向导通损耗和反向恢复损耗的数学模型,以阐释温度对并联PiN二极管电–热平衡的调节机制。然后,针对大注入电流的运行工况,基于导通损耗与反向恢复损耗对温度所呈现出的相反趋势,结合二极管开关频率和工作结温之间的内在制约机制,提出决定并联二极管结温差异发展趋势的"零温度–频率特性"概念。最后,利用实验展示不同温度、不同电流等级下的温度–频率特性,验证该特性的正确性。通过构建并联二极管开关频率与热稳定极限的关系,可为硅PiN二极管的并联设计和使用提供参考,并为模块封装中的结温在线监测提供方法。