Šta je fenomen uskog pulsa
Kao vrsta prekidača za napajanje, IGBT-u je potrebno određeno vrijeme reakcije od signala nivoa kapije do procesa prebacivanja uređaja, baš kao što je u životu lako stisnuti ruku prebrzo da biste prebacili kapiju, prekratak impuls otvaranja može uzrokovati previsok skokovi napona ili problemi sa visokofrekventnim oscilacijama.Ovaj fenomen se javlja bespomoćno s vremena na vrijeme jer IGBT pokreću visokofrekventni PWM modulirani signali.Što je radni ciklus manji, to je lakše proizvesti uske impulse, a karakteristike povratnog oporavka IGBT antiparalelne obnavljajuće diode FWD postaju brže tokom obnavljanja tvrdog prekidača.Za 1700V/1000A IGBT4 E4, specifikacija u temperaturi spoja Tvj.op = 150 ℃, vrijeme prebacivanja tdon = 0,6us, tr = 0,12us i tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, ne može biti manja širina impulsa od zbira specifikacijskog vremena prebacivanja.U praksi, zbog različitih karakteristika opterećenja kao što su fotonapon i skladištenje energije, kada je faktor snage +/– 1, uski impuls će se pojaviti blizu trenutne nulte tačke, kao generator reaktivne snage SVG, aktivni filter APF faktor snage 0, uski impuls će se pojaviti u blizini maksimalne struje opterećenja, stvarna primjena struje blizu nulte tačke je vjerojatnije da će se pojaviti na visokofrekventnoj oscilaciji izlaznog valnog oblika, nastaju EMI problemi.
Fenomen uzroka uskog pulsa
Od osnova poluvodiča, glavni razlog za fenomen uskog pulsa je to što su IGBT ili FWD tek počeli da se uključuju, a nisu odmah ispunjeni nosačima, kada se nosač raširi kada se isključi IGBT ili diodni čip, u poređenju sa nosačem u potpunosti napunjen nakon isključivanja, di / dt se može povećati.Odgovarajući veći prenapon isključivanja IGBT će se generirati pod komutacijskom lutajućom induktivnošću, što također može uzrokovati iznenadnu promjenu struje povratnog oporavka diode i stoga fenomen prekida.Međutim, ovaj fenomen je usko povezan sa tehnologijom IGBT i FWD čipova, naponom i strujom uređaja.
Prvo, moramo krenuti od klasične sheme dvostrukog impulsa, sljedeća slika prikazuje logiku prebacivanja napona, struje i napona IGBT gejta.Iz logike pokretanja IGBT-a, može se podijeliti na usko vrijeme isključenja impulsa toff, što zapravo odgovara pozitivnom vremenu provodljivosti diode FWD, što ima veliki utjecaj na vršnu struju obrnutih oporavka i brzinu oporavka, kao što je točka A na slici, maksimalna vršna snaga povratnog oporavka ne može premašiti granicu FWD SOA;i usko vreme uključivanja impulsa, ovo ima relativno veliki uticaj na proces isključivanja IGBT-a, kao što je tačka B na slici, uglavnom šiljci napona isključivanja IGBT-a i oscilacije struje.
Ali koje probleme će uzrokovati isključivanje uređaja sa preuskim pulsom?U praksi, koja je minimalna granica širine impulsa koja je razumna?Iz ovih problema je teško izvući univerzalne formule za direktno izračunavanje sa teorijama i formulama, teorijske analize i istraživanja su takođe relativno male.Od stvarnog talasnog oblika testa i rezultata da vidite grafikon da govorite, analizu i sažetak karakteristika i zajedničkih karakteristika aplikacije, što će vam pomoći da razumete ovaj fenomen, a zatim optimizujte dizajn kako biste izbegli probleme.
IGBT usko pulsno uključivanje
IGBT kao aktivni prekidač, koristeći stvarne slučajeve da vidite graf da se govori o ovom fenomenu je uvjerljivije, imati neku materijalnu suhu robu.
Korišćenjem modula velike snage IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 kao testnog objekta, karakteristike uređaja se isključuju pri promeni tona u uslovima Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25℃, crvena je kolektor Ic, plava je napon na oba kraja IGBT Vce, zelena je pogonski napon Vge.Vge.Puls ton se smanjuje sa 2us na 1.3us da bi se vidjelo promjenu ovog naponskog skoka Vcep, sljedeća slika vizualizira progresivni talasni oblik kako bi se vidio proces promjene, posebno prikazan u krugu.
Kada ton promijeni trenutni Ic, u dimenziji Vce da se vidi promjena karakteristika uzrokovana tonom.Lijevi i desni grafikoni pokazuju skokove napona Vce_peak pri različitim strujama Ic pod istim uslovima Vce=800V i 1000V.iz odgovarajućih rezultata ispitivanja, ton ima relativno mali uticaj na skokove napona Vce_peak pri malim strujama;kada se struja isključivanja povećava, usko pulsno isključenje je sklono naglim promjenama struje i nakon toga uzrokuje visoke naponske skokove.Uzimajući levi i desni grafikon kao koordinate za poređenje, ton ima veći uticaj na proces gašenja kada su Vce i struja Ic veći, i veća je verovatnoća da će doći do nagle promene struje.Iz testa se vidi ovaj primjer FF1000R17IE4, minimalni puls tona najrazumnije vrijeme ne manje od 3us.
Postoji li razlika između performansi modula velike struje i modula niske struje po ovom pitanju?Uzmimo FF450R12ME3 modul srednje snage kao primjer, sljedeća slika prikazuje prekoračenje napona kada se tona promijeni za različite ispitne struje Ic.
Slični rezultati, efekat tone na prekoračenje napona isključivanja je zanemarljiv u uslovima niske struje ispod 1/10*Ic.Kada se struja poveća na nazivnu struju od 450A ili čak 2*Ic struju od 900A, prekoračenje napona sa širinom tona je vrlo očigledno.Da bi se testirale performanse karakteristika radnih uslova u ekstremnim uslovima, 3 puta veće od nazivne struje od 1350A, naponski šiljci su premašili napon blokiranja, ugrađeni su u čip na određenom nivou napona, nezavisno od širine tone .
Sljedeća slika prikazuje poređenje testnih talasnih oblika od ton=1us i 20us pri Vce=700V i Ic=900A.Iz stvarnog testa, širina impulsa modula na ton=1us je počela da osciluje, a napon Vcep je 80V veći od ton=20us.Stoga se preporučuje da minimalno vrijeme impulsa ne bude manje od 1us.
FWD usko pulsno uključivanje
U polumostnom kolu, toff impulsa isključivanja IGBT odgovara vremenskom tonu uključivanja FWD.Slika ispod pokazuje da kada je vrijeme uključivanja FWD manje od 2us, FWD reverzna struja će se povećati pri nazivnoj struji od 450A.Kada je toff veći od 2us, vršna FWD struja povratnog oporavka je u osnovi nepromijenjena.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 za posmatranje karakteristika dioda velike snage, posebno u uslovima niske struje sa promenama tona, sledeći red prikazuje VR = 900V, 1200V uslove, u uslovima male struje IF = 20A direktnog poređenja od dva talasna oblika, jasno je da kada je ton = 3us, osciloskop nije bio u stanju da zadrži amplitudu ove visokofrekventne oscilacije.Ovo takođe dokazuje da su visokofrekventne oscilacije struje opterećenja preko nulte tačke u aplikacijama uređaja velike snage i kratkoročni proces povratnog oporavka FWD usko povezani.
Nakon što pogledate intuitivni valni oblik, koristite stvarne podatke da dodatno kvantifikujete i uporedite ovaj proces.dv/dt i di/dt diode variraju s toff, a što je manje vrijeme provođenja FWD, to će brže postati njene reverzne karakteristike.Kada je veći VR na oba kraja FWD-a, kako puls provodljivosti diode postaje uži, njegova brzina povratnog oporavka diode će se ubrzati, posebno gledajući podatke u uvjetima ton = 3us.
VR = 1200V kada.
dv/dt=44,3kV/us;di/dt=14kA/us.
Na VR=900V.
dv/dt=32.1kV/us;di/dt=12.9kA/us.
S obzirom na ton=3us, visokofrekventna oscilacija talasnog oblika je intenzivnija, a izvan bezbednog radnog područja diode, vrijeme uključenja ne bi trebalo biti manje od 3us sa tačke gledišta diode FWD.
U gore navedenim specifikacijama visokonaponskog 3,3kV IGBT-a, FWD vrijeme provodljivosti naprijed je jasno definirano i potrebno, uzimajući 2400A/3,3kV HE3 kao primjer, minimalno vrijeme provođenja diode od 10us jasno je dato kao granica, što je uglavnom zbog toga što je lutajuća induktivnost kola sistema u aplikacijama velike snage relativno velika, vrijeme prebacivanja je relativno dugo, a prolaznost u procesu otvaranja uređaja Lako je premašiti maksimalnu dozvoljenu potrošnju energije diode PRQM.
Iz stvarnih testnih talasnih oblika i rezultata modula, pogledajte grafikone i pričajte o nekim osnovnim sažetcima.
1. Uticaj širine impulsa ton na malu struju isključivanja IGBT-a (oko 1/10*Ic) je mali i zapravo se može zanemariti.
2. IGBT ima određenu ovisnost o širini impulsa ton kada se isključi velika struja, što je manja tona to je veći skok napona V, a zaostajanje struje isključivanja će se naglo promijeniti i doći će do visokofrekventnih oscilacija.
3. Karakteristike FWD ubrzavaju proces povratnog oporavka kako vrijeme uključenja postaje kraće, a kraće vrijeme uključivanja FWD-a će uzrokovati velike dv/dt i di/dt, posebno u uvjetima niske struje.Osim toga, visokonaponskim IGBT-ovima je dato jasno minimalno vrijeme uključivanja diode tonmin=10us.
Stvarni testni talasni oblici u radu dali su određeno referentno minimalno vrijeme da odigraju ulogu.
Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. proizvodi i izvozi razne male strojeve za odabir i postavljanje od 2010. godine. Koristeći prednosti vlastitog bogatog iskustva u istraživanju i razvoju, dobro obučenu proizvodnju, NeoDen osvaja veliku reputaciju kupaca širom svijeta.
Sa globalnom prisutnošću u preko 130 zemalja, odlične performanse, visoka preciznost i pouzdanost NeoDen PNP mašina čine ih savršenim za istraživanje i razvoj, profesionalnu izradu prototipa i proizvodnju malih i srednjih serija.Pružamo profesionalno rješenje one stop SMT opreme.
Dodati:br.18, avenija Tianzihu, grad Tianzihu, okrug Anji, grad Huzhou, provincija Zhejiang, Kina
Telefon:86-571-26266266
Vrijeme objave: 24.05.2022