Что такое феномен узкого импульса?
Являясь своего рода силовым выключателем, IGBT требует определенного времени реакции от сигнала уровня затвора до процесса переключения устройства, точно так же, как в жизни легко сжать руку слишком быстро, чтобы переключить затвор, слишком короткий импульс открытия может привести к слишком высокому уровню напряжения. скачки напряжения или проблемы с высокочастотными колебаниями.Это явление беспомощно возникает время от времени, поскольку IGBT управляется высокочастотными ШИМ-модулированными сигналами.Чем меньше рабочий цикл, тем легче выдавать узкие импульсы, а характеристики обратного восстановления антипараллельного возобновляющего диода IGBT FWD становятся быстрее во время восстановления с жестким переключением.Для IGBT4 E4 1700 В/1000 А, спецификация температуры перехода Tvj.op = 150 ℃, время переключения tdon = 0,6 мкс, tr = 0,12 мкс и tdoff = 1,3 мкс, tf = 0,59 мкс, ширина узкого импульса не может быть меньше чем сумма времени переключения спецификации.На практике из-за различных характеристик нагрузки, таких как фотоэлектрические системы и накопители энергии, в подавляющем большинстве случаев, когда коэффициент мощности +/- 1, узкий импульс появится вблизи нулевой точки тока, как у генератора реактивной мощности SVG, коэффициента мощности активного фильтра APF 0, узкий импульс появится вблизи максимального тока нагрузки, фактическое приложение тока вблизи нулевой точки с большей вероятностью появится на выходном сигнале высокочастотных колебаний, возникнут проблемы с электромагнитными помехами.
Феномен узкого пульса причины
С точки зрения полупроводников, основная причина явления узкого импульса связана с тем, что IGBT или FWD только начали включаться, а не сразу заполнялись носителями, когда несущая расширялась при выключении IGBT или диодного чипа по сравнению с полным носителем заполняется после выключения, di/dt может увеличиваться.Соответствующее более высокое перенапряжение выключения IGBT будет генерироваться под действием паразитной индуктивности коммутации, что также может вызвать внезапное изменение тока обратного восстановления диода и, следовательно, явление отключения.Однако это явление тесно связано с технологией чипов IGBT и FWD, напряжением и током устройства.
Во-первых, мы должны начать с классической схемы двойного импульса: на следующем рисунке показана логика переключения напряжения, тока и напряжения управления затвором IGBT.Из логики управления IGBT его можно разделить на время выключения узкого импульса toff, которое фактически соответствует времени положительной проводимости диода FWD, что оказывает большое влияние на пиковый ток обратного восстановления и скорость восстановления, например, точка A. на рисунке максимальная пиковая мощность обратного восстановления не может превышать предел FWD SOA;и узкое время включения импульса ton, это оказывает относительно большое влияние на процесс выключения IGBT, например, точка B на рисунке, в основном на скачки напряжения выключения IGBT и висячие колебания тока.
Но какие проблемы вызовет слишком узкий импульс включения-выключения устройства?На практике, какой минимальный предел ширины импульса является разумным?Эти проблемы трудно вывести универсальные формулы для непосредственного расчета с помощью теорий и формул, теоретический анализ и исследования также относительно невелики.Из фактической формы тестового сигнала и результатов, чтобы увидеть график, чтобы говорить, анализ и резюме характеристик и общих черт приложения, более благоприятных, чтобы помочь вам понять это явление, а затем оптимизировать конструкцию, чтобы избежать проблем.
IGBT узкий импульс включения
IGBT в качестве активного переключателя, используя реальные случаи, чтобы увидеть график, чтобы говорить об этом явлении более убедительно, чтобы иметь некоторые материальные галантерейные товары.
Используя в качестве объекта испытаний мощный модуль IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4, характеристики выключения устройства при изменении ton в условиях Vce=800В, Ic=500А, Rg=1,7Ом Vge=+/-15В, Ta= 25 ℃, красный — коллектор Ic, синий — напряжение на обоих концах IGBT Vce, зеленый — напряжение возбуждения Vge.Вге.Тон импульса уменьшается с 2 мкс до 1,3 мкс, чтобы увидеть изменение этого всплеска напряжения Vcep. На следующем рисунке форма тестового сигнала постепенно визуализируется, чтобы увидеть процесс изменения, особенно показанный в круге.
Когда ton меняет ток Ic, в измерении Vce можно увидеть изменение характеристик, вызванное ton.На левом и правом графиках показаны скачки напряжения Vce_peak при различных токах Ic при одинаковых условиях Vce=800 В и 1000 В соответственно.Судя по результатам соответствующих испытаний, ton оказывает относительно небольшое влияние на выбросы напряжения Vce_peak при малых токах;когда ток выключения увеличивается, узкий импульс выключения склонен к внезапным изменениям тока и впоследствии вызывает скачки высокого напряжения.Если принять левый и правый графики в качестве координат для сравнения, то ton оказывает большее влияние на процесс отключения, когда Vce и ток Ic выше, и с большей вероятностью произойдет внезапное изменение тока.Из теста, чтобы увидеть этот пример FF1000R17IE4, минимальная импульсная тонна и наиболее разумное время не менее 3 мкс.
Есть ли разница между производительностью сильноточных и слаботочных модулей по этому вопросу?В качестве примера возьмем модуль средней мощности FF450R12ME3. На следующем рисунке показано превышение напряжения при изменении тонны для различных испытательных токов Ic.
Аналогичные результаты показывают, что влияние тонны на перенапряжение выключения незначительно при условиях низкого тока ниже 1/10*Ic.Когда ток увеличивается до номинального тока 450 А или даже до 2*Ic тока до 900 А, превышение напряжения на ширину тонны становится очевидным.Чтобы проверить работоспособность характеристик условий эксплуатации в экстремальных условиях, в 3 раза превышающих номинальный ток 1350 А, скачки напряжения превышали напряжение блокировки, встраиваясь в чип при определенном уровне напряжения, независимо от ширины тонны. .
На следующем рисунке показаны сравнительные тестовые формы сигналов ton=1 мкс и 20 мкс при Vce=700 В и Ic=900 А.В ходе фактического испытания ширина импульса модуля при ton=1 мкс начала колебаться, а пик напряжения Vcep на 80 В выше, чем при ton=20 мкс.Поэтому рекомендуется, чтобы минимальная длительность импульса была не менее 1 мкс.
Включение узкого импульса FWD
В полумостовой схеме импульс выключения IGBT toff соответствует времени включения FWD ton.На рисунке ниже показано, что когда время включения FWD меньше 2 мкс, пик обратного тока FWD увеличивается при номинальном токе 450 А.Когда toff больше 2 мкс, пиковый ток обратного восстановления FWD практически не изменяется.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 для наблюдения за характеристиками мощных диодов, особенно в условиях низкого тока с изменением тонны, в следующей строке показаны условия VR = 900 В, 1200 В, в условиях малого тока IF = 20 А прямого сравнения. Из двух сигналов ясно, что при ton = 3 мкс осциллограф не смог удержать амплитуду этого высокочастотного колебания.Это также доказывает, что высокочастотные колебания тока нагрузки выше нуля в устройствах большой мощности и процесс кратковременного обратного восстановления FWD тесно связаны.
Посмотрев на интуитивно понятную форму сигнала, используйте фактические данные для дальнейшей количественной оценки и сравнения этого процесса.dv/dt и di/dt диода изменяются в зависимости от toff, и чем меньше время проводимости в прямом направлении, тем быстрее становятся его обратные характеристики.Когда чем выше VR на обоих концах FWD, поскольку импульс проводимости диода становится уже, скорость обратного восстановления диода будет ускоряться, особенно если рассматривать данные в условиях ton = 3 мкс.
ВР = 1200В при.
dv/dt=44,3кВ/мкс;di/dt=14 кА/мкс.
При ВР=900В.
dv/dt=32,1кВ/мкс;di/dt=12,9 кА/мкс.
Учитывая, что ton=3 мкс, высокочастотные колебания формы сигнала более интенсивны, и за пределами безопасной рабочей зоны диода время включения не должно быть менее 3 мкс с точки зрения прямого вращения диода.
В приведенной выше спецификации высоковольтного IGBT на 3,3 кВ время прямой проводимости ton было четко определено и требуемо, на примере 2400A/3,3 кВ HE3, минимальное время проводимости диода 10 мкс было четко указано в качестве ограничения. Это главным образом связано с тем, что паразитная индуктивность системной цепи в мощных приложениях относительно велика, время переключения относительно велико, а переходный процесс в процессе открытия устройства легко превысить максимально допустимую потребляемую мощность диода PRQM.
Из реальных тестовых сигналов и результатов модуля посмотрите на графики и обсудите некоторые основные итоги.
1. Влияние ширины импульса to на выключение IGBT малого тока (около 1/10*Ic) невелико и его фактически можно игнорировать.
2. IGBT имеет определенную зависимость от ширины импульса ton при отключении сильного тока: чем меньше ton, тем выше всплеск напряжения V, и ток выключения резко изменится, и возникнут высокочастотные колебания.
3. Характеристики FWD ускоряют процесс обратного восстановления, поскольку время включения становится короче, а чем короче время включения FWD, тем больше dv/dt и di/dt, особенно в условиях низкого тока.Кроме того, для высоковольтных IGBT установлено четкое минимальное время включения диода tomin=10 мкс.
Фактические тестовые сигналы, приведенные в статье, дали некоторое эталонное минимальное время, чтобы сыграть свою роль.
Компания Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. занимается производством и экспортом различных небольших машин для захвата и размещения продукции с 2010 года. Используя собственный богатый опыт исследований и разработок, хорошо обученное производство, NeoDen завоевывает отличную репутацию среди клиентов по всему миру.
Благодаря глобальному присутствию в более чем 130 странах превосходная производительность, высокая точность и надежность машин NeoDen PNP делают их идеальными для исследований и разработок, профессионального прототипирования и мелко- и среднесерийного производства.Мы предоставляем профессиональное решение комплексного оборудования SMT.
Добавлять:№ 18, проспект Тяньцзиху, город Тяньцзиху, уезд Анжи, город Хучжоу, провинция Чжэцзян, Китай
Телефон:86-571-26266266
Время публикации: 24 мая 2022 г.