Co to jest zjawisko wąskiego impulsu
Jako rodzaj wyłącznika zasilania, IGBT potrzebuje określonego czasu reakcji od sygnału poziomu bramki do procesu przełączania urządzenia, tak jak w życiu łatwo jest ścisnąć rękę zbyt szybko, aby przełączyć bramkę, tak zbyt krótki impuls otwierający może spowodować zbyt wysoki skoki napięcia lub problemy z oscylacjami wysokiej częstotliwości.Zjawisko to pojawia się od czasu do czasu bezsilnie, ponieważ IGBT jest napędzany sygnałami modulowanymi PWM o wysokiej częstotliwości.Im mniejszy cykl pracy, tym łatwiej jest generować wąskie impulsy, a charakterystyka odzyskiwania wstecznego antyrównoległej diody odnawiającej IGBT FWD staje się szybsza podczas odnawiania z twardym przełączaniem.Do 1700V/1000A IGBT4 E4, specyfikacja temperatury złącza Tvj.op = 150 ℃, czas przełączania tdon = 0,6us, tr = 0,12us i tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, szerokość wąskiego impulsu nie może być mniejsza niż suma czasu przełączania specyfikacji.W praktyce, ze względu na różne charakterystyki obciążenia, takie jak fotowoltaika i magazynowanie energii, przeważnie gdy współczynnik mocy wynosi +/– 1, wąski impuls pojawi się w pobliżu punktu zerowego prądu, jak generator mocy biernej SVG, współczynnik mocy filtra aktywnego APF wynoszący 0, wąski impuls pojawi się w pobliżu maksymalnego prądu obciążenia, rzeczywiste przyłożenie prądu w pobliżu punktu zerowego z większym prawdopodobieństwem pojawi się na oscylacjach wysokiej częstotliwości przebiegu wyjściowego, pojawiają się problemy EMI.
Zjawisko wąskiego impulsu przyczyny
Z podstaw półprzewodników główną przyczyną zjawiska wąskiego impulsu jest to, że IGBT lub FWD dopiero zaczynają się włączać, a nie są natychmiast wypełnione nośnikami, gdy nośnik rozprzestrzenia się podczas wyłączania IGBT lub chipa diodowego, w porównaniu z całkowitym nośnikiem napełniony po wyłączeniu, di / dt może wzrosnąć.Odpowiednio wyższe przepięcie wyłączające IGBT zostanie wygenerowane pod indukcyjnością rozproszenia komutacyjnego, co może również spowodować nagłą zmianę wstecznego prądu powrotnego diody, a tym samym zjawisko snap-off.Jednak zjawisko to jest ściśle związane z technologią chipów IGBT i FWD, napięciem i prądem urządzenia.
Najpierw musimy zacząć od klasycznego schematu podwójnego impulsu. Poniższy rysunek przedstawia logikę przełączania napięcia, prądu i napięcia napędu bramki IGBT.Z logiki sterowania IGBT można go podzielić na wąski czas wyłączenia impulsu toff, który w rzeczywistości odpowiada czasowi przewodzenia dodatniego ton diody FWD, co ma duży wpływ na szczytowy prąd odzyskiwania zwrotnego i prędkość odzyskiwania, takie jak punkt A na rysunku maksymalna moc szczytowa odzyskiwania zwrotnego nie może przekroczyć limitu FWD SOA;i wąski czas włączenia impulsu ton, ma to stosunkowo duży wpływ na proces wyłączania IGBT, taki jak punkt B na rysunku, głównie na skoki napięcia wyłączającego IGBT i oscylacje końcowe prądu.
Ale zbyt wąski impuls załączenia urządzenia spowoduje jakie problemy?Jaki jest w praktyce rozsądny minimalny limit szerokości impulsu?Problemy te są trudne do wyprowadzenia z uniwersalnych wzorów, które można bezpośrednio obliczyć za pomocą teorii i wzorów, analiza teoretyczna i badania są również stosunkowo niewielkie.Od rzeczywistego przebiegu testowego i wyników, aby zobaczyć wykres, aby mówić, analizę i podsumowanie cech i podobieństw aplikacji, co bardziej sprzyja zrozumieniu tego zjawiska, a następnie optymalizacji projektu, aby uniknąć problemów.
Włączenie wąskiego impulsu IGBT
IGBT jako aktywny przełącznik, wykorzystując rzeczywiste przypadki, aby zobaczyć wykres przedstawiający to zjawisko, jest bardziej przekonujący, jeśli ma pewne materialne produkty suche.
Wykorzystując moduł dużej mocy IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 jako obiekt testowy, charakterystyka wyłączenia urządzenia przy zmianie tony w warunkach Vce=800V, Ic=500A, Rg=1,7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25℃, czerwony to kolektor Ic, niebieski to napięcie na obu końcach IGBT Vce, zielony to napięcie napędu Vge.Vge.ton impulsu zmniejsza się z 2 us do 1,3 us, aby zobaczyć zmianę tego skoku napięcia Vcep, poniższy rysunek wizualizuje progresywny kształt fali testowej, aby zobaczyć proces zmiany, szczególnie pokazany w okręgu.
Kiedy ton zmienia prąd Ic, w wymiarze Vce można zobaczyć zmianę charakterystyki spowodowaną przez tonę.Wykresy po lewej i prawej stronie pokazują skoki napięcia Vce_peak przy różnych prądach Ic w tych samych warunkach, odpowiednio, Vce=800V i 1000V.z odpowiednich wyników testów wynika, że ton ma stosunkowo niewielki wpływ na skoki napięcia Vce_peak przy małych prądach;gdy prąd wyłączający wzrasta, wyłączenie wąskim impulsem jest podatne na nagłe zmiany prądu, a następnie powoduje wysokie skoki napięcia.Biorąc lewy i prawy wykres jako współrzędne dla porównania, ton ma większy wpływ na proces wyłączania, gdy Vce i prąd Ic są wyższe, i jest bardziej prawdopodobne, że wystąpi nagła zmiana prądu.Z testu zobacz ten przykład FF1000R17IE4, minimalna tona impulsu jest najbardziej rozsądnym czasem nie mniejszym niż 3us.
Czy istnieje różnica w działaniu modułów wysokoprądowych i niskoprądowych w tym zakresie?Weźmy jako przykład moduł średniej mocy FF450R12ME3. Poniższy rysunek przedstawia przekroczenie napięcia przy zmianie tony dla różnych prądów testowych Ic.
Podobne wyniki, wpływ tony na przekroczenie napięcia wyłączenia jest nieistotny w warunkach niskiego prądu poniżej 1/10*Ic.Gdy prąd zostanie zwiększony do prądu znamionowego 450 A lub nawet prądu 2*Ic 900 A, przekroczenie napięcia przy szerokości tony jest bardzo oczywiste.Aby przetestować charakterystykę warunków pracy w ekstremalnych warunkach, 3-krotność prądu znamionowego 1350A, skoki napięcia przekroczyły napięcie blokujące, osadzone w chipie przy pewnym poziomie napięcia, niezależnie od szerokości tony .
Poniższy rysunek przedstawia porównanie przebiegów testowych ton=1us i 20us przy Vce=700V i Ic=900A.Z rzeczywistego testu wynika, że szerokość impulsu modułu przy ton=1us zaczęła oscylować, a skok napięcia Vcep jest o 80V wyższy niż ton=20us.Dlatego zaleca się, aby minimalny czas impulsu nie był krótszy niż 1us.
Włączenie FWD wąskim impulsem
W obwodzie półmostkowym impuls wyłączający IGBT toff odpowiada czasowi włączenia FWD ton.Poniższy rysunek pokazuje, że gdy czas włączenia FWD jest krótszy niż 2us, szczyt prądu wstecznego FWD wzrośnie przy prądzie znamionowym 450A.Gdy toff jest większe niż 2us, szczytowy prąd odzyskiwania zwrotnego FWD pozostaje zasadniczo niezmieniony.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 do obserwacji charakterystyk diod dużej mocy, szczególnie w warunkach niskiego prądu przy zmianach ton, poniższy wiersz pokazuje warunki VR = 900 V, 1200 V, w warunkach małego prądu IF = 20 A bezpośredniego porównania z dwóch przebiegów jasne jest, że gdy ton = 3us, oscyloskop nie jest w stanie utrzymać amplitudy tych oscylacji o wysokiej częstotliwości.Dowodzi to również, że oscylacje prądu obciążenia o wysokiej częstotliwości powyżej punktu zerowego w zastosowaniach urządzeń dużej mocy i proces krótkotrwałego odtwarzania zwrotnego FWD są ze sobą ściśle powiązane.
Po zapoznaniu się z intuicyjnym przebiegiem wykorzystaj rzeczywiste dane do dalszej oceny ilościowej i porównania tego procesu.dv/dt i di/dt diody zmieniają się wraz z toff, a im mniejszy jest czas przewodzenia FWD, tym szybsza będzie jej charakterystyka odwrotna.Gdy im wyższa wartość VR na obu końcach FWD, w miarę jak impuls przewodzenia diody staje się węższy, prędkość powrotu diody do tyłu zostanie zwiększona, szczególnie patrząc na dane w warunkach ton = 3us.
VR = 1200 V, gdy.
dv/dt=44,3kV/us;di/dt=14kA/us.
Przy VR=900V.
dv/dt=32,1 kV/us;di/dt=12,9 kA/us.
Ze względu na ton=3us oscylacje wysokiej częstotliwości kształtu fali są bardziej intensywne, a poza bezpiecznym obszarem pracy diody czas włączenia nie powinien być krótszy niż 3us z punktu widzenia diody FWD.
W powyższej specyfikacji wysokonapięciowego IGBT 3,3 kV, czas przewodzenia FWD w tonie został jasno zdefiniowany i wymagany, biorąc za przykład 2400 A/3,3 kV HE3, jako granicę wyraźnie podano minimalny czas przewodzenia diody wynoszący 10 us, Dzieje się tak głównie dlatego, że indukcyjność rozproszenia obwodu systemu w zastosowaniach dużej mocy jest stosunkowo duża, czas przełączania jest stosunkowo długi, a stan przejściowy w procesie otwierania urządzenia Łatwo jest przekroczyć maksymalny dopuszczalny pobór mocy diody PRQM.
Na podstawie rzeczywistych przebiegów testowych i wyników modułu spójrz na wykresy i omów kilka podstawowych podsumowań.
1. Wpływ szerokości impulsu ton na wyłączenie IGBT przy małym prądzie (około 1/10*Ic) jest niewielki i w zasadzie można go zignorować.
2. IGBT w pewnym stopniu zależy od szerokości impulsu ton przy wyłączaniu wysokiego prądu, im mniejszy jest ton, tym wyższy jest skok napięcia V, a prąd wyłączający zmieni się gwałtownie i wystąpią oscylacje o wysokiej częstotliwości.
3. Charakterystyka FWD przyspiesza proces odzyskiwania wstecznego, w miarę jak czas włączenia staje się krótszy, a im krótszy czas włączenia FWD powoduje duże wartości dv/dt i di/dt, szczególnie w warunkach niskiego prądu.Ponadto wysokonapięciowe tranzystory IGBT mają wyraźny minimalny czas włączenia diody tonmin=10us.
Rzeczywiste przebiegi testowe opisane w artykule dały pewien minimalny czas odniesienia, aby odegrać rolę.
Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. produkuje i eksportuje różne małe maszyny typu pick and place od 2010 roku. Korzystając z własnego, bogatego, doświadczonego działu badań i rozwoju oraz dobrze wyszkolonej produkcji, NeoDen zdobywa doskonałą reputację wśród klientów na całym świecie.
Dzięki globalnej obecności w ponad 130 krajach, doskonała wydajność, wysoka dokładność i niezawodność maszyn NeoDen PNP czyni je idealnymi do badań i rozwoju, profesjonalnego prototypowania oraz produkcji małych i średnich partii.Zapewniamy profesjonalne rozwiązanie w zakresie sprzętu SMT typu one stop.
Dodać:Nr 18, Tianzihu Avenue, miasto Tianzihu, hrabstwo Anji, miasto Huzhou, prowincja Zhejiang, Chiny
Telefon:86-571-26266266
Czas publikacji: 24 maja 2022 r