.

Принцип действия

Первые IGBT Тиристоры были изменены, чтобы иметь возможность включить с помощью команды напряжения. Рассмотрим эквивалентную схему BJT тиристора и полевой МОП-транзистор добавляется между коллектором и эмиттером NPN (нижний транзистор). Затвора МОП-транзистора становится в этом случае ворота IGBT, в то время как то, что было затвор тиристора он больше не используется.

При подаче внешнего напряжения между затвором и катодом вызывает тиристор, как она вызывается тока PNP, который в свою очередь посылает ток в базу npn-и вся доводится до самоподдерживающейся (блокировочный). фиксирующее, нормально для тиристора, Здесь нежелательно, потому что вы хотите управлять IGBT как при начать, путем простого удаления напряжения к затвору, как в МОП-транзистора. Было пытались сделать транзистор NPN с усилением характеристик в настоящее время (час_Fe) намеренно дрянной, с тем, чтобы сделать его трудно защелкивание. Для низкокачественных средств значительно ниже коэффициента усиления 1, минимально возможное: несмотря на эту меру, часто случалось, что запорное происходит в любом случае. в частности, Это часто в суровых условиях, таких как короткое замыкание: компонент остался срабатывает без возможности его выключения, и это означало, что его разрушение.

аранжировка 2 BJT NPN PNP е all'interno dell'igbt (равноценное подключение к тиристору)

Затем он удаляется из всех транзисторов NPN, , став IGBT, как это в настоящее время, Конфигурация Дарлингтона между ПНП и МОП-транзистора. Устройство, которое получает, имеет большую скорость типичного переключения MOSFET и низкие потери БЮТ перспективу.

Схема эволюции IGBT его графический символ

Для приведения в проводимости БТИЗЫ необходимы применять и поддерживать напряжение между затвором и катодом, и удалить его для завершения работы, как командовать транзистор: Тем не менее, здесь пилот в напряжении. Три внешних терминалов были переименованы, для сходства с БЮТ: катод в эмиттер, в то время как анод стал коллектор. Il Ворота Оставалось, что, но внутренне это связано по-разному.

В дальнейшем мы будем анализировать явления, происходящие в течение переходного включения и выключения IGBT: исследование справедливо как для конфигурации прерывателя или ветви инвертора, с индуктивной нагрузкой. Во время таких событий:

• Включать: зажигание (токовая отсечка проблемы)

• Выключение выключение (проблемы перенапряжения, Явление текущей очереди).

Формы волны, связанные с переключением IGBT индуктивной нагрузкой схематизированы следующим образом.

Схематизация переходных зажигания (включать) и выключение (выключи) dell'igbt.

Пилотирование ворота

Говорят, что применение простого напряжения на затворе контролирует проводимость компоненты, но это правда соло режим. На самом деле они неизбежно присутствуют в паразитная емкость между затвором и коллектором и эмиттером: она неизбежно выделяют оксидный слой из этих двух других терминалов. то, каждый раз, когда вы даете команду, Вы должны заполнить или опустошить эти возможности: если я хочу сделать быстро, чтобы минимизировать время переключения и связанные с ними потери, Он должен быть использован сильные течения, даже порядка 10 A. Для того, чтобы отправить эти токи в воротах, также ограничивается только интервалы переключения, Применяемая пара транзисторов БЮТ в дополнительной симметрии (NPN + ПНП), Прочные порезы. Предоставление привода ворот таким образом, не решил средство создания проблем, особенно, если вы хотите, чтобы контролировать запрет на IGBT. Рассмотрим л БТИЗ вставляется в ноге классического однофазного инверторного моста. Ссылаясь мало током от ворота (это: 100 мама), БТИЗ, однако, имеет тенденцию к interdirsi, и ток нагрузки, который является омическим-индуктивным, Он должен идти на прочность в верхнем обратном диоде.

такой диод, хотя и не сразу, движется бежать достаточно быстро (Он имеет быстрый тип). Что такое беспокойство вызывает высокая производная напряжения (ди / дт) налагаемые этим током рециркуляции: она проходит в паразитной емкости С_GC (затвор-коллектор) ток, равный, что, на которые ссылается ворот.

Этот ток, протекающий через паразитную емкость идет водить IGBT, поддержание постоянного напряжения, полученного, с удлинение значительное время переключения.

Пилотирование ворота и паразитные параметры

Кроме того, необходимо учитывать, что, в дополнении к паразитным емкостям, Они также присутствуют паразитные индуктивные в цепи управления затвором, способен резонировать с возможностями и триггером колебание в напряжении на затворе. Эти колебания, хотя и приглушенный, Они могут иметь высокие пики способные возродить IGBT, так что он выключается в икоты, с большим увеличением потерь переключения. наоборот, к команде зажигания, колебания могут подавать ворота более высокие напряжения к тем терпимый слой оксида, который изолирует его от внутренне кремния пастилы.

на напряжения затвора, с неопределенной командой

По этим причинам, всегда есть демпфирующий резистор в серии аль ворот, которой она часто отличается для команды зажигания и выключения. это должно быть выбрано с компромиссом между потерями сопротивления на том же (R Басса) и затухание необходимо уменьшить потери на переключение (Высокая R), к стоимости через таблицу. С описаны меры предосторожности, в настоящее время можно получить достаточно быстрый спуск напряжения затвора, команда OFF: это представляет собой небольшой спуск "шаг», что было бы очень выраженный, если команда не была принята достаточно.

Меры по ограничению перенапряжений

Когда устройство отключается питание быстро, энергия, накопленная в индуктивности рассеяния рассеивается в распределительном статического. Это вызывает перенапряжение через устройство. Дельта переходного напряжения амплитуды прямо пропорциональна величине индуктивности рассеяния и производной тока. Для ограничения перенапряжения Поэтому необходимо, чтобы уменьшить индуктивность рассеяния.

• Ограничение паразитных индуктивностей дисперсии с помощью соответствующей планировки текущих аддукторов Индуктивность рассеяния из-за тока аддукторов зависит от того, как они реализуются; в частности, следует отметить, что она пропорциональна их длине, который, следовательно, должен быть ограничен. Другим целесообразным состоит в реализации приводящую мышцу за счет перекрытия медных листов и изолированы друг от друга, таким образом, чтобы создать цикл, который стягивает небольшую площадь, Но какие виды длинных линий электропередач, которому соответствует небольшой индуктивности.

• Ограничение перенапряжений через конденсаторы низкого импеданса серии размещает терминалы IGBT Обращаясь к выключению БТИЗ в мостовой инвертора, видно, что ток нагрузки, как правило, идет в обгонном диоде.

Кроме того, необходимо учитывать паразитные индуктивные, значительный, Они имеют власть Adductor соединения на одной и той же IGBT, которой она обычно представляет собой модуль, а также распределены по всему постоянному току шины питания инвертора. Присутствие этих индуктивностей генерирует перенапряжение на IGBT (на V_ЕС ) а также вибрировать в резонанс с паразитными емкостями настоящее.

Соответствующие вставки конденсатора предотвращают БТИЗЫ «видят» Индуктивность утечки вниз по течению и вверх по течению от самого конденсатора, поэтому рекомендуется устанавливать конденсаторы как можно ближе к статическому

с а конденсатор фильтра электролитического типа, поэтому большая емкость, он может служить в качестве первого ослабления такого перенапряжения: Кроме того, тем не менее, она представляет собой серию L. Это будет поэтому; удобно не постулировать уникальный, мама более параллельно, таким образом, чтобы уменьшить общую индуктивность и сделать их способными поглощать напряжение от скачков напряжения на IGBT-транзисторе через соответствующие электрические транзиты заряда. Даже их связь IGBT, однако, должна быть низкой индуктивностью: Поэтому они должны быть как можно ближе, Предлагаем небольшой участок между передним проводником и возврат, а также, чтобы убедиться, что цикл, который формируется вихревыми токами является самым длинным возможным. Для достижения этой цели, а также принимая во внимание физических размеров компонентов, единственный способ заключается в использовании медных листов, которые подключаются непосредственно к клеммам. Два листа (пойти + возвращение) Они изолированы друг от друга тонким слоем полипропилена или майлара, или даже из стекловолокна (1 мм) для высоких напряжений; Они предусмотрены соответствующие обрывки для болтов соединения. Для того, чтобы еще больше снизить паразитные индуктивности, иногда он ставит еще один конденсатор, снижается способность содержать размеры, непосредственно на выводах IGBT. Вы, таким образом, получается затухание пика напряженности.

Аддукторы тока для IGBT

Ограничение бросков через демпфер

Демпфер является дополнительной схема используется для уменьшения напряжений в элементах питания. Целью демпфера является улучшение переходного, подавляющая от перегрузки по току, перенапряжение, или улучшение производного напряжения и тока. Демпфер гасит волну на рисунке в запирающей фазе, уменьшая относительные потери переключения. II от сглаживающего конденсатора полностью разрядится чистой включения и выключения сети Reloaded: это уменьшает DV / DT sull'igbt во время запирающий, позволяя одной мягкой коммутации и снижения потерь.

Демпферы RCD

Ограничение перенапряжений с зажимом

Контрмера электролитических конденсаторов обычно не достаточно для защиты IGBT, Поэтому возникает необходимость другой защиты, это зажим цепи (фиксаж). Зажим состоит из конденсатора, включенного параллельно с IGBT, но с помощью быстрого диода с учетом многообразия. Такой конденсатор также соединен с положительным напряжением V_CC через резистор, что он держит нагрузку на это значение напряжения. Если напряжение V_ЕС В Supera_CC, зажим диод проводит и устанавливает V_ЕС к тому, что конденсатор, Ossia и У_CC, время, достаточное для проведения диодных рециркуляций dell'iverter, которая устраняет проблему. После вмешательства зажима, но перед проведением диода рециркуляции, напряжение имеет тенденцию к росту, потому что; часть тока нагрузки идет в конечном итоге на фиксирующем конденсаторе: должен поэтому правильное определение размеров из трех компонентов безопасности. Зажим диод, а также конденсатор, Они на самом деле состоит из нескольких компонентов параллельно, установленные на печатную плату двухстороннего, таким образом, что он может быть также смонтирован очень близко к клеммам IGBT должны быть защищены.

Зажим цепи и его работа

Проблема защиты от перегрузки по току и десатурацией

В IGBTs практически improteggibili предохранителями: в то время, необходимое для предохранителя вмешательства, спай компонента будет поврежден уже безвозвратно. А затем для надежной прочности системы, необходимой для ограничения тока. При реализации схемы защиты необходимо учитывать некоторые условия, которые максимизируют эффективность схемы защиты и свести к минимуму воздействия на других схемах. Для того, чтобы получить функции безопасности, которые вы хотите без ущерба для других функций, цепь защита должна, как можно больше, удовлетворять следующим условиям. Во-первых, схема защиты должна отключить IGBT, прежде чем она разрушает, каждый раз, когда они приходят уважать условия труда устройство. также, должен ограничить максимальный ток неисправности и снизить нагрузку на устройство и всю систему, когда большие тока циркулируют. II, устройство должно быть деактивирован более быстро, если нет ограничения тока максимального повреждения.

Контуры преобразователей тока могут быть использованы в силовой электронике

Контроль тока требует использования подходящих датчиков, такие как:

– Шунт

Она состоит из сопротивления значения, известного быть включен последовательно с проводником, через который проходит ток, который вы хотите измерить. II, значение тока, Постоянный или переменный ток, Косвенно рассчитывается по закону Ома путем измерения напряжения через шунт. однако, Этот датчик не имеет гальваническую развязку между силовыми цепями и измерением. также, уровень напряжения шунта парит на землю. поэтому, его использование не легко осуществимо.

– Т.А.

ОФ (амперометрический трансформатор), Это измерительный трансформатор реализуется с необходимыми мерами предосторожности, чтобы свести к минимуму ошибки в измерении тока. Она обеспечивает гальваническую изоляцию между двумя цепями, но он не чувствителен к непрерывной составляющая тока, подлежащий измерению.

– Датчик эффекта Холла

Единственное решение, Дано, что также необходимо измерить непрерывную составляющую тока, Он заключается в использовании На эффекте Холла датчика. Этот датчик представляет собой миниатюрный палец полупроводникового материала, в котором он скользит постоянный ток I. A 90 градусов с током, датчик ударил полем магнитной индукции В, в то время как на другом этаже, а 90 градусы с обеими предыдущими, он обнаруживает напряжение, пропорциональное, через константу, индукция В является то, что ток.

Принципиальная схема датчика тока эффекта Холла

Поле В генерируется ток, протекающий в компоненте, что он обнаруживается с помощью магнитной муфты (небольшой тороид), и степень этот восходит к току в компоненте. Датчик Холла также чувствителен к компонентам постоянного тока и имеет то преимущество, что не гальванически соединен с силовой цепью измеряемого.

Защита от всплесков напряжения и обесцвечивание

– аналоговые и мгновенное управление током

Первая проблема заключается в обнаружении тока, протекающего в IGBT с помощью датчика. Сигнал тока используется для контроллера с замкнутым контуром, PID (Пропорционально-интегрально-дифференциальный) или типа гистерезиса (ВКЛ ВЫКЛ).

– ограничение перегрузки по току путем обнаружения и блокирования IGBT

регулятор, в дополнение к поддержанию тока в нагрузке, напоминающее синусоиду заранее определенное эффективное значение, должны в любом случае, если ток превышает даже на мгновение, максимально допустимый ток, командуя немедленное отключение всех IGBTs. Это условие останова иногда понимается в течение периода сети, но это часто означает, что до дальнейшего порядка с внешней стороны, для безопасности.

– Проверка состояния десатурацией БТИЗ (Мониторинг V CE )

Следует отметить, что датчик эффекта Холла не помещается в серии с IGBT, но последовательно с нагрузкой инвертора. Там, таким образом, могут быть случаи, когда IGBTs находятся в разительном накладных расходов без этой текущей нагрузки процентной. Например, если один из IGBT, чрезмерно, Это становится постоянным коротким замыканием и то, что не обнаружено, мощность другого IGBT той же ветвь замыкает цепь постоянного тока, с разрушительными последствиями для всего преобразователя и опасности для тех, кто был рядом. Эта ошибка не влечет за собой нагрузку и, следовательно, не обнаруживается датчиком тока. поэтому, если не происходит отказ выше по потоку от преобразователя тока к способу показано выше больше не является эффективным, и необходимо контролировать десатурации БТИЗ. Этот метод состоит в мониторинге V_ЕС. на самом деле, В течение короткого всей цепи напряжения происходит с IGBT и лидеров V_ЕС расходятся Dal «низко на состоянии напряжения», к напряжению питания схема защиты должна, следовательно, обнаруживать напряжение V_ЕС и сравнить его с опорным значением. Если ссылка будет превышено, контрольная логика вмешивается в контуре управления клапаном, требуя остановки и последующее питание, ингибирующее.

Поэтому необходимо интегрировать регулятор тока с мониторинг напряжения коллектор-эмиттер по каждому IGBT: увеличение по сравнению 2 V этого напряжения, когда IGBT находится в состоянии ON, Это является признаком вероятной неисправности. Этот симптом может также возникать из-за неисправности в паре транзисторов, которые управляют воротами, так что защита в большинстве. Проще говоря, датчик для руководителей IGBT не было бы легко, потому что он сразу же будет представлять собой проблему масштаба:

в состоянии НА, В_ЕС стоит несколько вольт, и здесь я должен оценить его внезапное увеличение;

в состоянии OFF, В_ЕС соль вместо того, чтобы власти, или 400, 500, 700 V.

При полном масштабе инструмента размерного высокой мощности, трудно оценить с достаточной точностью (т.е. таким образом, чтобы обеспечить защиту и в то же время избавиться от ложных срабатываний) Изменения в V CE в состоянии ON. Поэтому готовит более сложную схему, только для изменений, влияющих на меру, с диаграммой типа, показанной на рисунке. Блок питания цепей управления и защиты, как правило, осуществляется с двойное напряжение и точка-массы центрального, порядок десятков вольт, например +15/0/-15 V. Оно представлено управление затвором, соединение, как уже описано, с символом общего усилителя, последний в свою очередь, управляется с помощью контроля, сообщающийся через опто ответвителя. Для того, чтобы объяснить, как построить сигнал, который поступает на датчик напряжения, Мы переходим к следующим шагам, всегда принимая во внимание, что датчик измеряет напряжение со ссылкой на центральную точку питания. Как вы увидите,, этот датчик не является не более чем на вход компаратора напряжения. Схема в принципе; Вы на самом деле имеют адаптивные изменения.

диаграммы схемы для мониторинга V_ЕС

1 шаг

С сопротивлением р, подключено к положительному питанию, Он поставляется с датчиком напряжения, которое применяется:

– +V CC, или десяток вольт, жулик IGBT в состояние OFF

– В о Чезате, т.е. d.d.t. БТИЗ и диод D1 (Был Pochi), жулик IGBT в ON состояние

На самом деле, благодаря наличию диода D1, соединенный последовательно с сопротивлением и с катодом на коллекторе IGBT, при выключенном состоянии напряжения промежуточного звена постоянного тока не может достичь датчика, поскольку этот диод смещен против. В состоянии ON вместо D1 проводит и соединяет датчик лидеров IGBT.

2 шаг

Поскольку это занимает несколько вольт сигнала, и вы хотите, чтобы управлять такой сигнал только тогда, когда IGBT командует в состоянии ON, вводя диод D2, с анод, соединенный с датчиком напряжения, и с катодом выход опто ответвителя. До тех пор, как он заповедал состояние OFF, или опто выходной соединитель является низким (0 логический), D2 проводит и, следовательно, датчик видит только падение напряжения на этом диоде. Когда оптоэлектронный выход соединителя переходит на высоком уровне (1 логический), D2, отрезан и датчик подключен через D1 к коллектору БТИЗ, по-прежнему.

3 шаг

Также необходимо ввести небольшой конденсатор С, например, 100 пф, чтобы сгладить всплеск напряжения (Модесто!) что происходит при переходе от OFF в положение ВКЛ. В очень короткий промежуток времени, необходимый для активации IGBT, датчик видит интердикт D2 и D1, по-прежнему смещены против, затем обнаружить положительное напряжение питания, Теперь по убыванию. Наличие конденсатора устраняет неудобство пика, а датчик выдает сигнал напряжения всегда ограничивается в несколько вольт. Контролируя этот сигнал в настоящее время, и реагировать на увеличение за пределы определенного порога, один осуществляет защиту. Он сравнивает сигнал напряжения Таким образом, построен с ссылка (получал его от цепей управления с помощью настройки триммера), по а компаратор гистерезис.

Сверху донизу:

Команда в воротах;

напряжения без С;

напряжения с C

Выход компаратора переходит контролировать ввод набор на SR-триггера, который, в свою очередь, выполняет две функции: выход Q служит в качестве обратной связи для управляющей логики, чтобы указать, что произошел сбой, и вызвать визуальное оповещение (например, небольшой светодиод), что делает его касается сразу узнаваем л БТИЗ: это; виды полезно во многих преобразователях со статическими переключателями, где было бы сложно установить Дов; неисправность; отрицаемого выход Q соединен непосредственно с выходом оптопары, с тем, чтобы заставить ее 0 Логика, как только он обнаруживает неисправность, не дожидаясь вмешательства логики управления: Таким образом, команды:

немедленное отключение неисправности IGBT. Обратите внимание, что сигнал обратной связи с логикой управления должен привести к отключению всего преобразователя, потому что, если статический переключатель остается постоянно открытым, боковая нагрузка остается плавающей и могут возникнуть проблемы в последующих периодах переключения.

– Проблема блока IGBT при наличии токов перегрузки цепей защиты в режиме реального времени IGBT мы также имеем, что, в случае аварийного отключения из-за тока перегрузки, резистор помещен последовательно с затвором gateoff R выше, чем обычное значение. Это потому, что она намерена ограничить перенапряжение отключения причины на другой IGBT инвертора ноги, из-ди / DT, перенапряжение Пуу не мало, поскольку она исходит от более высокого тока, чем обычно. Вы хотите, чтобы постепенно отключить IGBT подозревается неисправность, потому что это может случиться так, что мы можем сохранить его, но это вызовет распад другого здорового IGBT чрезмерного напряжения applicatagli

Я думаю, что я разъяснила заблуждение аспекты предыдущей статьи на IGBT

AMILCARE Приветствия