Що таке феномен вузького пульсу
Як свого роду перемикач живлення, IGBT потребує певного часу реакції від сигналу рівня затвора до процесу перемикання пристрою, так само як у житті легко стиснути руку занадто швидко, щоб перемкнути ворота, занадто короткий імпульс відкриття може спричинити занадто високий рівень стрибки напруги або проблеми з високочастотними коливаннями.Це явище час від часу безпорадно виникає, оскільки IGBT керується високочастотними сигналами ШІМ-модуляції.Чим менший робочий цикл, тим легше виводити вузькі імпульси, а характеристики зворотного відновлення IGBT антипаралельного діода відновлення FWD стають швидшими під час відновлення жорсткого перемикання.До 1700 В/1000 А IGBT4 E4, специфікація температури переходу Tvj.op = 150 ℃, час перемикання tdon = 0,6 мкс, tr = 0,12 мкс і tdoff = 1,3 мкс, tf = 0,59 мкс, вузька ширина імпульсу не може бути меншою ніж сума часу перемикання специфікації.На практиці, через різні характеристики навантаження, такі як фотоелектричні та накопичення енергії, переважно коли коефіцієнт потужності +/– 1, вузький імпульс з’являтиметься поблизу поточної нульової точки, як генератор реактивної потужності SVG, коефіцієнт потужності активного фільтра APF 0, вузький імпульс з’явиться поблизу максимального струму навантаження, фактичне застосування струму поблизу нульової точки, швидше за все, з’явиться на високочастотних коливаннях вихідного сигналу, виникають проблеми з електромагнітними перешкодами.
Вузький пульс явище причини
З основ напівпровідників основна причина явища вузького імпульсу пов’язана з тим, що IGBT або FWD тільки почали вмикатися, не відразу заповнюючись несучими, коли несуча розповсюдилася під час вимкнення IGBT або діодного чіпа, порівняно з несучою повністю заповнюється після відключення, di / dt може збільшитися.Відповідна вища перенапруга вимикання IGBT буде генеруватися під індуктивністю комутації блукань, що також може спричинити раптову зміну зворотного струму відновлення діода та, таким чином, явище відриву.Однак це явище тісно пов’язане з технологією мікросхем IGBT та FWD, напругою та струмом пристрою.
По-перше, ми повинні почати з класичної подвійної імпульсної схеми, наступний малюнок показує логіку перемикання напруги, струму та напруги затвора IGBT.З логіки керування IGBT його можна розділити на вузький час вимкнення імпульсу toff, який фактично відповідає позитивному часу провідності тон діода FWD, який має великий вплив на піковий струм зворотного відновлення та швидкість відновлення, наприклад у точці A на малюнку максимальна пікова потужність зворотного відновлення не може перевищувати обмеження FWD SOA;і вузький час увімкнення імпульсу ton, це має відносно великий вплив на процес вимкнення IGBT, такий як точка B на малюнку, головним чином на стрибки напруги вимикання IGBT і коливання струму.
Але які проблеми викличе занадто вузький імпульсний пристрій увімкнення-вимкнення?На практиці, яка мінімальна межа ширини імпульсу є розумною?Ці проблеми важко вивести універсальні формули для прямого розрахунку за допомогою теорій і формул, теоретичний аналіз і дослідження також відносно невеликі.З фактичної форми хвилі тесту та результатів, щоб побачити графік, щоб говорити, аналіз і підсумок характеристик і спільних рис програми, більш сприятливий, щоб допомогти вам зрозуміти це явище, а потім оптимізувати дизайн, щоб уникнути проблем.
IGBT вузький імпульс включення
IGBT як активний перемикач, використовуючи реальні випадки, щоб побачити графік, щоб говорити про це явище є більш переконливим, щоб мати деякі матеріальні сухі товари.
Використовуючи модуль високої потужності IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 як об’єкт тестування, характеристики вимикання пристрою при тоні змінюються за умов Vce=800V, Ic=500A, Rg=1,7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25 ℃, червоний – колектор Ic, синій – напруга на обох кінцях IGBT Vce, зелений – напруга приводу Vge.Vge.тонна імпульсу зменшується з 2 мкс до 1,3 мкс, щоб побачити зміну цього стрибка напруги Vcep, на наступному малюнку показано прогресивну форму тестового сигналу, щоб побачити процес зміни, особливо показано в колі.
Коли ton змінює поточний Ic, у вимірі Vce можна побачити зміну характеристик, викликану ton.Лівий і правий графіки показують стрибки напруги Vce_peak при різних струмах Ic за однакових умов Vce=800 В і 1000 В відповідно.згідно з відповідними результатами тестування, ton має відносно невеликий вплив на стрибки напруги Vce_peak при малих струмах;коли струм вимикання збільшується, вимикання з вузьким імпульсом схильне до раптових змін струму і згодом викликає високі стрибки напруги.Беручи лівий і правий графіки як координати для порівняння, ton має більший вплив на процес вимкнення, коли Vce і струм Ic вищі, і, ймовірніше, матиме раптову зміну струму.З тесту, щоб побачити цей приклад FF1000R17IE4, мінімальна тонна імпульсу найбільш прийнятний час не менше 3 мкс.
Чи є різниця між продуктивністю модулів сильного струму та модулів слабкого струму в цьому питанні?Візьмемо модуль середньої потужності FF450R12ME3 як приклад, на наступному малюнку показано перевищення напруги, коли тон змінюється для різних тестових струмів Ic.
Подібні результати, вплив ton на перевищення напруги вимикання є незначним за умов низького струму нижче 1/10*Ic.Коли струм збільшується до номінального струму 450 А або навіть до 2*Ic струму 900 А, перевищення напруги з шириною тонни стає дуже очевидним.Щоб перевірити продуктивність характеристик робочих умов в екстремальних умовах, стрибки напруги, що втричі перевищують номінальний струм 1350 А, перевищують напругу блокування, будучи вбудованими в чіп на певному рівні напруги, незалежно від ширини тонни .
На наступному малюнку показано порівняльні випробувальні форми хвиль тонна=1 мкс і 20 мкс при Vce=700 В і Ic=900 A.Згідно з фактичним тестом, ширина імпульсу модуля при ton=1 мкс почала коливатися, а стрибок напруги Vcep на 80 В вище, ніж ton=20 мкс.Тому рекомендується, щоб мінімальна тривалість імпульсу була не менше 1 мкс.
FWD вузький імпульс включення
У напівмостовій схемі імпульс відключення IGBT toff відповідає часу включення FWD ton.На малюнку нижче показано, що коли час увімкнення FWD становить менше 2 мкс, пік зворотного струму FWD збільшиться при номінальному струмі 450 А.Коли toff перевищує 2 мкс, піковий струм зворотного відновлення FWD практично не змінюється.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 для спостереження за характеристиками потужних діодів, особливо в умовах слабкого струму зі змінами тонни, наступний рядок показує умови VR = 900 В, 1200 В, в умовах малого струму IF = 20 A прямого порівняння двох форм сигналу ясно, що коли ton = 3 мкс, осцилограф не зміг утримати амплітуду цього високочастотного коливання.Це також доводить, що високочастотні коливання струму навантаження над нульовою точкою у додатках із високопотужними пристроями та короткочасний процес зворотного відновлення FWD тісно пов’язані.
Переглянувши інтуїтивно зрозумілу форму сигналу, використовуйте фактичні дані для подальшої кількісної оцінки та порівняння цього процесу.dv/dt і di/dt діода змінюються залежно від toff, і чим менший час провідності FWD, тим швидшими будуть його зворотні характеристики.Коли вищий VR на обох кінцях FWD, коли імпульс провідності діода стає вужчим, його швидкість зворотного відновлення діода буде прискорена, особливо дивлячись на дані в тонах = 3 мкс.
VR = 1200В при.
dv/dt=44,3кВ/ус;di/dt=14кА/ус.
При VR=900В.
dv/dt=32,1кВ/ус;di/dt=12,9 кА/ус.
З огляду на ton=3us, високочастотні коливання форми сигналу є більш інтенсивними, а за межами безпечної робочої зони діода час увімкнення не повинен бути менше 3us з точки зору FWD діода.
У специфікації IGBT високої напруги 3,3 кВ, наведеній вище, час прямої провідності FWD тон був чітко визначений і необхідний, взявши як приклад 2400 A/3,3 кВ HE3, мінімальний час провідності діода 10 мкс був чітко вказаний як обмеження, головним чином через те, що блукаюча індуктивність ланцюга системи у потужних додатках відносно велика, час перемикання відносно тривалий, а перехідний процес у процесі відкриття пристрою легко перевищити максимально допустиму споживану потужність діода PRQM.
Виходячи з фактичних тестових сигналів і результатів модуля, подивіться на графіки та обговоріть деякі основні підсумки.
1. Вплив ширини імпульсу тонни на IGBT вимкніть малий струм (близько 1/10 * Ic) невеликий і його можна фактично проігнорувати.
2. IGBT має певну залежність від ширини імпульсу ton при відключенні сильного струму, чим менше ton, тим вищий стрибок напруги V, і струм відключення різко зміниться, і виникнуть високочастотні коливання.
3. Характеристики FWD прискорюють процес зворотного відновлення, оскільки час увімкнення стає коротшим, і чим коротший час увімкнення FWD призведе до великих dv/dt і di/dt, особливо в умовах слабкого струму.Крім того, високовольтні IGBT мають чіткий мінімальний час увімкнення діода tonmin=10 мкс.
Фактичні тестові сигнали в статті дали певний еталонний мінімальний час, щоб відіграти роль.
Компанія Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. виробляє та експортує різноманітні невеликі машини для збирання та розміщення з 2010 року. Використовуючи переваги нашого власного багатого досвіду досліджень і розробок, добре навченого виробництва, NeoDen завойовує чудову репутацію серед клієнтів у всьому світі.
Завдяки глобальній присутності в більш ніж 130 країнах, чудова продуктивність, висока точність і надійність машин NeoDen PNP роблять їх ідеальними для досліджень і розробок, професійного прототипування та мало- та середньосерійного виробництва.Ми надаємо професійне рішення для обладнання SMT.
додати:No.18, Tianzihu Avenue, Tianzihu Town, Anji County, Huzhou City, Zhejiang Province, Китай
телефон:86-571-26266266
Час публікації: 24 травня 2022 р