Cos'è il fenomeno del polso stretto
Come una sorta di interruttore di alimentazione, l'IGBT necessita di un certo tempo di reazione dal segnale del livello del gate al processo di commutazione del dispositivo, proprio come è facile stringere la mano troppo velocemente nella vita per cambiare il gate, un impulso di apertura troppo breve può causare un aumento eccessivo picchi di tensione o problemi di oscillazione ad alta frequenza.Questo fenomeno si verifica di tanto in tanto poiché l'IGBT è pilotato da segnali modulati PWM ad alta frequenza.Quanto più piccolo è il ciclo di lavoro, tanto più facile è emettere impulsi stretti e le caratteristiche di recupero inverso del diodo di rinnovo antiparallelo IGBT FWD diventano più veloci durante il rinnovo a commutazione forzata.A 1700 V/1000 A IGBT4 E4, la specifica nella temperatura di giunzione Tvj.op = 150 ℃, il tempo di commutazione tdon = 0,6us, tr = 0,12us e tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, la larghezza dell'impulso stretto non può essere inferiore rispetto alla somma del tempo di commutazione specificato.In pratica, a causa delle diverse caratteristiche di carico come il fotovoltaico e l'accumulo di energia, prevalentemente quando il fattore di potenza è + / – 1, l'impulso stretto apparirà vicino al punto zero corrente, come il generatore di potenza reattiva SVG, il fattore di potenza APF del filtro attivo pari a 0, l'impulso stretto apparirà vicino alla corrente di carico massima, è più probabile che l'effettiva applicazione della corrente vicino al punto zero appaia sull'oscillazione ad alta frequenza della forma d'onda di uscita, ne conseguono problemi EMI.
Fenomeno di impulso stretto della causa
Dai fondamenti dei semiconduttori, il motivo principale del fenomeno degli impulsi stretti è dovuto al fatto che l'IGBT o il FWD hanno appena iniziato ad accendersi, non immediatamente riempito di portanti, quando la portante si è diffusa quando si spegne l'IGBT o il chip del diodo, rispetto alla portante completamente riempito dopo lo spegnimento, di/dt può aumentare.La corrispondente sovratensione di spegnimento dell'IGBT più elevata verrà generata sotto l'induttanza parassita di commutazione, che potrebbe anche causare un improvviso cambiamento nella corrente di recupero inverso del diodo e quindi il fenomeno dello snap-off.Tuttavia, questo fenomeno è strettamente correlato alla tecnologia dei chip IGBT e FWD, alla tensione e alla corrente del dispositivo.
Per prima cosa dobbiamo partire dal classico schema a doppio impulso, la figura seguente mostra la logica di commutazione della tensione, della corrente e della tensione del pilotaggio del gate IGBT.Dalla logica di pilotaggio dell'IGBT, può essere suddiviso in tempi di spegnimento dell'impulso ristretti toff, che in realtà corrispondono al tempo di conduzione positivo ton del diodo FWD, che ha una grande influenza sulla corrente di picco di recupero inverso e sulla velocità di recupero, come il punto A in figura la potenza massima di picco del recupero inverso non può superare il limite di FWD SOA;e il tempo di accensione dell'impulso ristretto, questo ha un impatto relativamente ampio sul processo di spegnimento dell'IGBT, come il punto B nella figura, principalmente i picchi di tensione di spegnimento dell'IGBT e le oscillazioni finali della corrente.
Ma quali problemi causerà l'accensione e lo spegnimento del dispositivo a impulsi troppo stretti?In pratica, qual è il limite minimo di durata dell'impulso ragionevole?Questi problemi sono difficili da ricavare formule universali per calcolare direttamente con teorie e formule, anche l'analisi teorica e la ricerca sono relativamente piccole.Dalla forma d'onda e dai risultati del test effettivo per vedere il grafico per parlare, analisi e riepilogo delle caratteristiche e degli aspetti comuni dell'applicazione, più utili per aiutarti a comprendere questo fenomeno e quindi ottimizzare la progettazione per evitare problemi.
Accensione a impulsi stretti IGBT
IGBT come interruttore attivo, utilizzare casi reali per vedere il grafico per parlare di questo fenomeno è più convincente, avere alcuni prodotti materiali secchi.
Utilizzando il modulo ad alta potenza IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 come oggetto di prova, le caratteristiche di spegnimento del dispositivo quando la tonnellata cambia nelle condizioni di Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25℃, rosso è il collettore Ic, blu è la tensione su entrambe le estremità dell'IGBT Vce, verde è la tensione di comando Vge.Vg.la tonnellata dell'impulso diminuisce da 2us a 1,3us per vedere il cambiamento di questo picco di tensione Vcep, la figura seguente visualizza progressivamente la forma d'onda del test per vedere il processo di cambiamento, mostrato in particolare nel cerchio.
Quando ton cambia la corrente Ic, nella dimensione Vce per vedere la variazione delle caratteristiche causata da ton.I grafici sinistro e destro mostrano i picchi di tensione Vce_peak a diverse correnti Ic nelle stesse condizioni Vce=800 V e 1000 V rispettivamente.dai rispettivi risultati dei test, ton ha un effetto relativamente piccolo sui picchi di tensione Vce_peak a piccole correnti;quando la corrente di spegnimento aumenta, lo spegnimento a impulso stretto è soggetto a cambiamenti improvvisi di corrente e successivamente provoca picchi di alta tensione.Prendendo i grafici sinistro e destro come coordinate per il confronto, ton ha un impatto maggiore sul processo di spegnimento quando Vce e Ic corrente sono più alti ed è più probabile che si verifichi un improvviso cambiamento di corrente.Dal test per vedere questo esempio FF1000R17IE4, l'impulso minimo è il tempo più ragionevole non inferiore a 3us.
Esiste una differenza tra le prestazioni dei moduli ad alta corrente e dei moduli a bassa corrente su questo problema?Prendiamo come esempio il modulo di media potenza FF450R12ME3, la figura seguente mostra il superamento della tensione quando la ton cambia per diverse correnti di prova Ic.
Risultati simili, l'effetto di ton sul superamento della tensione di spegnimento è trascurabile in condizioni di bassa corrente inferiori a 1/10*Ic.Quando la corrente viene aumentata alla corrente nominale di 450 A o anche alla corrente 2*Ic di 900 A, il superamento della tensione con larghezza di tonnellata è molto evidente.Per testare le prestazioni delle caratteristiche delle condizioni operative in condizioni estreme, 3 volte la corrente nominale di 1350 A, i picchi di tensione hanno superato la tensione di blocco, essendo incorporati nel chip ad un certo livello di tensione, indipendentemente dalla larghezza della tonnellata .
La figura seguente mostra le forme d'onda del test comparativo di ton=1us e 20us a Vce=700V e Ic=900A.Dal test effettivo, l'ampiezza dell'impulso del modulo a ton=1us ha iniziato a oscillare e il picco di tensione Vcep è 80 V superiore a ton=20us.Pertanto, si raccomanda che la durata minima dell'impulso non sia inferiore a 1us.
Accensione a impulso stretto FWD
Nel circuito a mezzo ponte, l'impulso di spegnimento dell'IGBT toff corrisponde al tempo di accensione FWD ton.La figura seguente mostra che quando il tempo di accensione FWD è inferiore a 2us, il picco di corrente inversa FWD aumenterà alla corrente nominale di 450A.Quando toff è maggiore di 2us, la corrente di picco di recupero inverso FWD rimane sostanzialmente invariata.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 per osservare le caratteristiche dei diodi ad alta potenza, soprattutto in condizioni di bassa corrente con variazioni di tonnellata, la riga seguente mostra le condizioni VR = 900 V, 1200 V, nelle condizioni di piccola corrente IF = 20 A del confronto diretto delle due forme d'onda, è chiaro che quando ton = 3us, l'oscilloscopio non è stato in grado di trattenere l'ampiezza di questa oscillazione ad alta frequenza.Ciò dimostra anche che l'oscillazione ad alta frequenza della corrente di carico oltre il punto zero nelle applicazioni di dispositivi ad alta potenza e il processo di recupero inverso di breve durata FWD sono strettamente correlati.
Dopo aver osservato la forma d'onda intuitiva, utilizzare i dati effettivi per quantificare e confrontare ulteriormente questo processo.dv/dt e di/dt del diodo variano con toff e quanto minore è il tempo di conduzione FWD, tanto più veloci diventeranno le sue caratteristiche inverse.Quando maggiore è il VR su entrambe le estremità della FWD, man mano che l'impulso di conduzione del diodo si restringe, la velocità di recupero inverso del diodo verrà accelerata, in particolare osservando i dati in condizioni ton = 3us.
VR = 1200V quando.
dv/dt=44,3 kV/us;di/dt=14kA/us.
A VR=900V.
dv/dt=32,1 kV/us;di/dt=12,9kA/us.
Considerando ton=3us, l'oscillazione ad alta frequenza della forma d'onda è più intensa e, oltre l'area di lavoro sicura del diodo, il tempo di attivazione non deve essere inferiore a 3us dal punto di vista FWD del diodo.
Nelle specifiche dell'IGBT ad alta tensione da 3,3 kV di cui sopra, il tempo di conduzione diretta FWD ton è stato chiaramente definito e richiesto, prendendo come esempio 2400 A/3,3 kV HE3, il tempo di conduzione minimo del diodo di 10us è stato chiaramente indicato come limite, ciò è dovuto principalmente al fatto che l'induttanza parassita del circuito di sistema nelle applicazioni ad alta potenza è relativamente grande, il tempo di commutazione è relativamente lungo e il transitorio nel processo di apertura del dispositivo è facile superare il consumo energetico massimo consentito del diodo PRQM.
Dalle forme d'onda dei test effettivi e dai risultati del modulo, guarda i grafici e parla di alcuni riepiloghi di base.
1. L'impatto della larghezza dell'impulso ton sull'IGBT spegne una piccola corrente (circa 1/10*Ic) è piccolo e può effettivamente essere ignorato.
2. L'IGBT ha una certa dipendenza dalla larghezza dell'impulso ton quando si spegne la corrente elevata, minore è la ton maggiore è il picco di tensione V e la corrente di spegnimento cambierà bruscamente e si verificherà un'oscillazione ad alta frequenza.
3. Le caratteristiche FWD accelerano il processo di recupero inverso man mano che il tempo di attivazione si accorcia, e quanto più breve è il tempo di attivazione FWD causerà grandi dv/dt e di/dt, soprattutto in condizioni di bassa corrente.Inoltre, agli IGBT ad alta tensione viene assegnato un tempo minimo di attivazione del diodo chiaro tonmin=10us.
Le forme d'onda di prova effettive nel documento hanno fornito un tempo minimo di riferimento per svolgere un ruolo.
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Orario di pubblicazione: 24 maggio 2022