寄生电感

寄生电感 (Stray Inductance)

物理本质	导线/引脚的自感与互感
核心公式	$V=L\cdot \frac{di}{dt}$
EMC 影响	振铃 (Ringing)、辐射骚扰
抑制手段	层叠母排、紧凑布局、吸收电路

寄生电感是指电子电路中，由于导线、引脚、过孔或 PCB 走线本身的物理长度和回路面积而产生的非预期电感效应。在高频开关（如 PWM）和高功率（如 50kW）系统中，寄生电感对系统性能有决定性影响。

物理机制与危害

在电力电子系统中，当电流迅速切断（高 $di/dt$）时，寄生电感 $L_{stray}$ 会储存能量并释放，产生感应电压：

$V_{spike}=L_{stray}\cdot \frac{di}{dt}$

主要危害：

1. 击穿风险： 在关断过程中，叠加在直流母线电压上的尖峰可能直接击穿 IGBT 或 MOSFET。
2. 电磁干扰 (EMI)： 寄生电感与器件的寄生电容构成谐振回路，产生高频振荡（Ringing），表现为强烈的传导和辐射骚扰。
3. 驱动干扰： 功率回路的寄生电感如果与驱动回路耦合，会引起栅极震荡，甚至导致桥臂直通烧毁。

常见的寄生电感来源

• 封装电感： 功率器件内部键合线（Bond wires）产生的电感。
• 走线电感： PCB 铜箔或母排的长度引起的电感（经验值约为 $1\text{nH/mm}$）。
• 回路电感： 由正负极走线包围形成的闭合面积所决定的电感（面积越大，电感越大）。

工程实战：如何降低寄生电感？

针对 50kW 级别的变频控制系统，降低寄生电感是 EMC 设计的首要任务：

1. 层叠母排 (Laminated Busbar)

采用正负极紧密耦合的层叠结构。由于正负极电流方向相反，其产生的磁场相互抵消，可将母排电感降至 $20\text{nH}$ 以下。

2. PCB 布局优化

• 紧凑化： 将吸收电路电容、DC-Link 电容尽可能靠近功率模块。
• 地平面参考： 信号线紧贴地平面走线，减小信号回路面积。

3. 磁通抵消 (Flux Cancellation)

在双层或多层走线中，让去向电流和回向电流在空间上重叠，利用互感抵消自感。

参见

• 吸收电路
• IGBT
• 磁珠
• 电磁干扰源