پدیده پالس باریک IGBT توضیح داده شد

پدیده نبض باریک چیست؟

به عنوان نوعی کلید برق، IGBT به زمان واکنش معینی از سیگنال سطح دروازه تا فرآیند تعویض دستگاه نیاز دارد، همانطور که فشار دادن سریع دست در زندگی برای تعویض گیت آسان است، پالس باز کردن خیلی کوتاه ممکن است باعث بالا رفتن بیش از حد شود. افزایش ولتاژ یا مشکلات نوسان فرکانس بالا.این پدیده هر از گاهی به‌طور درمانده‌ای رخ می‌دهد، زیرا IGBT توسط سیگنال‌های مدوله‌شده PWM با فرکانس بالا هدایت می‌شود.هر چه چرخه کار کوچکتر باشد، خروجی پالس های باریک آسان تر است و ویژگی های بازیابی معکوس دیود تجدید موازی ضد موازی IGBT FWD در طول تجدید سوئیچ سخت سریعتر می شود.برای 1700V/1000A IGBT4 E4، مشخصات در دمای اتصال Tvj.op = 150 ℃، زمان سوئیچینگ tdon = 0.6us، tr = 0.12us و tdoff = 1.3us، tf = 0.59us، عرض پالس باریک نمی تواند باشد. از مجموع زمان تعویض مشخصات.در عمل، به دلیل ویژگی‌های بار مختلف مانند فتوولتائیک و ذخیره‌سازی انرژی به‌طور قاطع، زمانی که ضریب توان +/– 1 باشد، پالس باریک در نزدیکی نقطه صفر فعلی ظاهر می‌شود، مانند ژنراتور توان راکتیو SVG، ضریب توان APF فیلتر فعال 0، پالس باریک نزدیک به حداکثر جریان بار ظاهر می شود، استفاده واقعی از جریان نزدیک به نقطه صفر به احتمال زیاد در نوسان فرکانس بالا شکل موج خروجی ظاهر می شود، مشکلات EMI رخ می دهد.

پدیده نبض باریک علت

از مبانی نیمه هادی، دلیل اصلی پدیده پالس باریک به این دلیل است که IGBT یا FWD که تازه شروع به روشن شدن کرده است، بلافاصله با حامل ها پر نشده است، زمانی که حامل در هنگام خاموش کردن تراشه IGBT یا دیود در مقایسه با حامل کاملاً پخش می شود. پس از خاموش شدن پر می شود، di / dt ممکن است افزایش یابد.اضافه ولتاژ خاموش IGBT بالاتر مربوطه تحت اندوکتانس سرگردان کموتاسیون ایجاد می شود، که ممکن است باعث تغییر ناگهانی جریان بازیابی معکوس دیود و در نتیجه پدیده قطع ناگهانی شود.با این حال، این پدیده ارتباط نزدیکی با فناوری تراشه IGBT و FWD، ولتاژ و جریان دستگاه دارد.

ابتدا باید از شماتیک کلاسیک دو پالس شروع کنیم، شکل زیر منطق سوئیچینگ ولتاژ، جریان و ولتاژ درایو گیت IGBT را نشان می دهد.از منطق محرک IGBT، می توان آن را به زمان خاموش شدن پالس باریک تقسیم کرد، که در واقع مربوط به تن زمان هدایت مثبت دیود FWD است، که تأثیر زیادی بر جریان اوج بازیابی معکوس و سرعت بازیابی دارد، مانند نقطه A. در شکل، حداکثر توان پیک بازیابی معکوس نمی تواند از حد FWD SOA تجاوز کند.و زمان روشن شدن پالس باریک، این تأثیر نسبتاً زیادی بر فرآیند خاموشی IGBT دارد، مانند نقطه B در شکل، عمدتاً نوسانات ولتاژ خاموش IGBT و نوسانات دنباله دار جریان.

اما خاموش کردن روشن کردن دستگاه پالس خیلی باریک چه مشکلاتی را ایجاد می کند؟در عمل حداقل حد عرض پالس معقول چقدر است؟این مشکلات برای استخراج فرمول های جهانی برای محاسبه مستقیم با نظریه ها و فرمول ها دشوار است، تجزیه و تحلیل نظری و تحقیق نیز نسبتاً کوچک است.از شکل موج آزمایش واقعی و نتایج برای دیدن نمودار برای صحبت کردن، تجزیه و تحلیل و خلاصه ویژگی‌ها و اشتراکات برنامه، به شما کمک می‌کند تا این پدیده را درک کنید و سپس طراحی را برای جلوگیری از مشکلات بهینه کنید.

روشن شدن پالس باریک IGBT

IGBT به عنوان یک سوئیچ فعال، استفاده از موارد واقعی برای دیدن نمودار برای صحبت از این پدیده متقاعد کننده تر است، برای داشتن برخی کالاهای خشک مواد.

با استفاده از ماژول پرمصرف IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 به عنوان هدف آزمایشی، ویژگی های خاموش شدن دستگاه زمانی که تن تحت شرایط Vce=800V، Ic=500A، Rg=1.7Ω Vge=+/-15V، Ta= تغییر می کند. 25 ℃، قرمز کلکتور Ic، آبی ولتاژ در هر دو انتهای IGBT Vce، سبز ولتاژ درایو Vge است.Vge.تن پالس از 2 us به 1.3 us کاهش می یابد تا تغییر این افزایش ولتاژ Vcep را مشاهده کنید، شکل زیر شکل موج آزمایش را به صورت تدریجی برای دیدن فرآیند تغییر، به ویژه در دایره نشان داده شده است.

هنگامی که ton Ic فعلی را تغییر می دهد، در بعد Vce تغییر ویژگی های ناشی از تن را مشاهده کنید.نمودارهای چپ و راست ولتاژهای Vce_peak را در جریان های مختلف Ic در شرایط یکسان Vce=800V و 1000V نشان می دهند.از نتایج آزمایش مربوطه، تن تأثیر نسبتاً کمی بر افزایش ولتاژ Vce_peak در جریان‌های کوچک دارد.هنگامی که جریان خاموشی افزایش می یابد، خاموش شدن پالس باریک مستعد تغییرات ناگهانی در جریان است و متعاقباً باعث افزایش ولتاژ بالا می شود.با در نظر گرفتن نمودارهای چپ و راست به عنوان مختصات برای مقایسه، زمانی که Vce و Ic جریان بالاتر هستند، ton تأثیر بیشتری بر روند خاموش شدن دارد و احتمال تغییر ناگهانی جریان بیشتر است.از آزمون برای دیدن این مثال FF1000R17IE4، حداقل پالس تن معقول ترین زمان کمتر از 3 us.

آیا تفاوتی بین عملکرد ماژول های جریان بالا و ماژول های جریان کم در این موضوع وجود دارد؟ماژول توان متوسط ​​FF450R12ME3 را به عنوان مثال در نظر بگیرید، شکل زیر افزایش بیش از حد ولتاژ را هنگام تغییر تن برای جریان های مختلف تست Ic نشان می دهد.

نتایج مشابه، تأثیر تن بر اضافه شدن ولتاژ خاموش در شرایط جریان پایین زیر 1/10*Ic ناچیز است.هنگامی که جریان به جریان نامی 450 آمپر یا حتی جریان 2*IC 900 آمپر افزایش می یابد، افزایش بیش از حد ولتاژ با عرض تن بسیار آشکار است.به منظور آزمایش عملکرد ویژگی‌های شرایط عملیاتی تحت شرایط شدید، 3 برابر جریان نامی 1350A، نوک‌های ولتاژ از ولتاژ مسدودکننده فراتر رفته و در یک سطح ولتاژ معین، مستقل از عرض تن در تراشه تعبیه شده‌اند. .

شکل زیر شکل موج های آزمایش مقایسه ton=1us و 20us در Vce=700V و Ic=900A را نشان می دهد.از آزمایش واقعی، عرض پالس ماژول در ton = 1 us شروع به نوسان کرده است و سنبله ولتاژ Vcep 80 ولت بالاتر از ton = 20 us است.بنابراین توصیه می شود حداقل زمان پالس کمتر از 1 us نباشد.

روشن شدن پالس باریک FWD

در مدار نیم پل، خاموش کردن پالس IGBT با تن زمان روشن شدن FWD مطابقت دارد.شکل زیر نشان می دهد که وقتی زمان روشن شدن FWD کمتر از 2 us باشد، پیک جریان معکوس FWD در جریان نامی 450A افزایش می یابد.هنگامی که تاف بیشتر از 2 us باشد، اوج جریان بازیابی معکوس FWD اساساً بدون تغییر است.

IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 برای مشاهده ویژگی های دیودهای پرقدرت، به ویژه در شرایط جریان کم با تغییرات تن، ردیف زیر شرایط VR = 900V، 1200V را در شرایط جریان کوچک IF = 20A مقایسه مستقیم نشان می دهد. از بین دو شکل موج، واضح است که وقتی ton = 3 us، اسیلوسکوپ قادر به نگه داشتن دامنه این نوسان فرکانس بالا نبوده است.این همچنین ثابت می کند که نوسان با فرکانس بالا جریان بار بیش از نقطه صفر در برنامه های کاربردی دستگاه های پرقدرت و فرآیند بازیابی معکوس کوتاه مدت FWD ارتباط نزدیکی با هم دارند.

پس از مشاهده شکل موج بصری، از داده های واقعی برای تعیین کمیت و مقایسه بیشتر این فرآیند استفاده کنید.dv/dt و di/dt دیود با toff متفاوت است و هر چه زمان هدایت FWD کمتر باشد، ویژگی‌های معکوس آن سریع‌تر می‌شود.هنگامی که VR در هر دو انتهای FWD بالاتر باشد، همانطور که پالس هدایت دیود باریکتر می شود، سرعت بازیابی معکوس دیود آن تسریع می شود، به طور خاص به داده ها در شرایط تن = 3 us نگاه می کنیم.

VR = 1200V زمانی که.

dv/dt=44.3kV/us;di/dt=14kA/us.

در VR=900V.

dv/dt=32.1kV/us;di/dt=12.9kA/us.

با توجه به ton = 3 us، نوسان فرکانس بالا شکل موج شدیدتر است و فراتر از منطقه کار ایمن دیود، زمان روشن نباید از نقطه نظر FWD دیود کمتر از 3 us باشد.

در مشخصات ولتاژ بالا 3.3kV IGBT در بالا، تن زمان هدایت رو به جلو FWD به وضوح تعریف شده و مورد نیاز است، با در نظر گرفتن 2400A/3.3kV HE3 به عنوان مثال، حداقل زمان هدایت دیود 10us به وضوح به عنوان یک محدودیت ارائه شده است. که عمدتاً به این دلیل است که اندوکتانس انحرافی مدار سیستم در کاربردهای پرقدرت نسبتاً زیاد است، زمان سوئیچینگ نسبتاً طولانی است و گذرا در فرآیند باز کردن دستگاه تجاوز کردن از حداکثر مجاز مصرف برق دیود PRQM آسان است.

از شکل موج های آزمایشی واقعی و نتایج ماژول، به نمودارها نگاه کنید و در مورد چند خلاصه اساسی صحبت کنید.

1. تاثیر تن پهنای پالس بر خاموش کردن IGBT جریان کوچک (حدود 1/10*Ic) کم است و در واقع می توان آن را نادیده گرفت.

2. IGBT در هنگام خاموش کردن جریان بالا وابستگی خاصی به تن عرض پالس دارد، هر چه تن کوچکتر باشد، ولتاژ V بالاتر می رود و جریان خاموش به طور ناگهانی تغییر می کند و نوسان فرکانس بالا رخ می دهد.

3. ویژگی های FWD روند بازیابی معکوس را با کوتاهتر شدن زمان روشن تسریع می کند و هر چه زمان روشن FWD کوتاهتر باشد باعث dv/dt و di/dt بزرگی می شود، به خصوص در شرایط جریان کم.بعلاوه، به IGBT های ولتاژ بالا حداقل زمان روشن شدن دیود واضح tonmin=10 ما داده می شود.

شکل موج های آزمایشی واقعی در مقاله، حداقل زمان مرجع را برای ایفای نقش داده است.

شرکت فناوری NeoDen ژجیانگ از سال 2010 مشغول تولید و صادرات ماشین آلات مختلف کوچک و کوچک بوده است.

با حضور جهانی در بیش از 130 کشور، عملکرد عالی، دقت بالا و قابلیت اطمینان دستگاه‌های NeoDen PNP آنها را برای تحقیق و توسعه، نمونه‌سازی حرفه‌ای و تولید دسته‌ای کوچک تا متوسط ​​عالی می‌کند.ما راه حل حرفه ای تجهیزات SMT یک توقف را ارائه می دهیم.

اضافه کردن:شماره 18، خیابان تیانزیهو، شهر تیانزیهو، شهرستان آنجی، شهر هوژو، استان ژجیانگ، چین

تلفن:86-571-26266266