Dar Nabız Olgusu Nedir?
Bir çeşit güç anahtarı olarak IGBT, kapı seviyesi sinyalinden cihaz değiştirme işlemine kadar belirli bir reaksiyon süresine ihtiyaç duyar; tıpkı hayatta kapıyı değiştirmek için eli çok hızlı sıkmak kolay olduğu gibi, çok kısa açma darbesi de çok yüksek bir değere neden olabilir. voltaj yükselmeleri veya yüksek frekanslı salınım sorunları.Bu olay, IGBT'nin yüksek frekanslı PWM modülasyonlu sinyaller tarafından çalıştırılması nedeniyle zaman zaman çaresizce ortaya çıkar.Görev döngüsü ne kadar küçük olursa, dar darbelerin çıkışı o kadar kolay olur ve IGBT anti-paralel yenileme diyotunun (FWD) ters toparlanma özellikleri, sert anahtarlama yenilemesi sırasında daha hızlı olur.1700V/1000A IGBT4 E4'e göre, bağlantı sıcaklığındaki spesifikasyon Tvj.op = 150 °C, anahtarlama süresi tdon = 0,6us, tr = 0,12us ve tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, dar darbe genişliği daha az olamaz spesifikasyon anahtarlama süresinin toplamından daha fazladır.Uygulamada, fotovoltaik ve enerji depolama gibi farklı yük özellikleri nedeniyle, güç faktörü +/-1 olduğunda, dar darbe, reaktif güç jeneratörü SVG, aktif filtre APF güç faktörü 0 gibi mevcut sıfır noktasının yakınında görünecektir, dar darbe maksimum yük akımı yakınında görünecektir, sıfır noktasına yakın akımın fiili uygulamasının çıkış dalga biçimindeki yüksek frekanslı salınımda görünme olasılığı daha yüksektir, EMI sorunları ortaya çıkar.
Nedenin dar nabız fenomeni
Yarı iletken temellerinden, dar darbe olgusunun ana nedeni, taşıyıcı tamamen karşılaştırıldığında, IGBT veya diyot çipi kapatıldığında taşıyıcı yayıldığında, IGBT veya FWD'nin henüz açılmaya başlaması, taşıyıcılarla hemen dolmamasıdır. Kapatıldıktan sonra doldurulan di/dt artabilir.Karşılık gelen daha yüksek IGBT kapatma aşırı voltajı, komütasyon kaçak endüktansı altında üretilecektir; bu aynı zamanda diyot ters toparlanma akımında ani bir değişikliğe ve dolayısıyla kapanma olayına da neden olabilir.Ancak bu olgu IGBT ve FWD çip teknolojisi, cihaz voltajı ve akımı ile yakından ilgilidir.
Öncelikle klasik çift darbe şemasından başlamalıyız, aşağıdaki şekil IGBT geçit sürücüsü voltajının, akımının ve voltajının anahtarlama mantığını göstermektedir.IGBT'nin sürüş mantığından, dar darbe kapalı kalma süresi tooff'a bölünebilir; bu, aslında A noktası gibi ters toparlanma tepe akımı ve toparlanma hızı üzerinde büyük bir etkiye sahip olan diyot FWD'nin pozitif iletim süresi tonuna karşılık gelir. şekilde, ters toparlanmanın maksimum tepe gücü FWD SOA sınırını aşamaz;ve dar darbe açılma süresi ton, bunun IGBT kapanma süreci üzerinde nispeten büyük bir etkisi vardır, örneğin şekildeki B noktası, esas olarak IGBT kapanma voltajı ani artışları ve akım takip eden salınımlar.
Ancak darbe cihazının açılıp kapanmasının çok dar olması hangi sorunlara neden olur?Uygulamada makul olan minimum darbe genişliği sınırı nedir?Bu problemleri doğrudan teori ve formüllerle hesaplamak için evrensel formüller türetmek zordur, teorik analiz ve araştırmalar da nispeten küçüktür.Gerçek test dalga formundan ve sonuçlarından grafiği görmeye, uygulamanın özelliklerinin ve ortak noktalarının analizine ve özetine kadar, bu fenomeni anlamanıza yardımcı olmak için daha elverişlidir ve ardından sorunları önlemek için tasarımı optimize eder.
IGBT dar darbe açma
Aktif bir anahtar olarak IGBT, bu olgudan bahsetmek için grafiği görmek için gerçek durumları kullanmak, bazı maddi kuru mallara sahip olmak için daha ikna edicidir.
Test nesnesi olarak yüksek güçlü IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 modülünü kullanarak, Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= koşulları altında ton değiştiğinde cihazın kapanma özellikleri 25°C, kırmızı kollektör Ic'dir, mavi IGBT'nin her iki ucundaki voltajdır Vce, yeşil sürücü voltajı Vge'dir.Vge.Bu voltaj yükselmesindeki Vcep değişimini görmek için darbe tonu 2us'tan 1,3us'a düşer; aşağıdaki şekil özellikle daire içinde gösterilen değişim sürecini görmek için test dalga formunu aşamalı olarak görselleştirir.
Ton mevcut Ic'yi değiştirdiğinde, tonun neden olduğu özelliklerdeki değişikliği görmek için Vce boyutunda.Sol ve sağ grafikler, sırasıyla aynı Vce=800V ve 1000V koşulları altında farklı Ic akımlarındaki Vce_peak voltaj artışlarını gösterir.İlgili test sonuçlarına göre ton, küçük akımlarda Vce_peak gerilim artışları üzerinde nispeten küçük bir etkiye sahiptir;Kapanma akımı arttığında, dar darbeli kapanma akımda ani değişikliklere eğilimlidir ve daha sonra yüksek voltaj yükselmelerine neden olur.Karşılaştırma için sol ve sağ grafikleri koordinat olarak aldığımızda, Vce ve mevcut Ic daha yüksek olduğunda tonun kapatma süreci üzerinde daha büyük bir etkisi vardır ve ani bir akım değişikliğine sahip olma olasılığı daha yüksektir.Bu örneği görmek için FF1000R17IE4 testinden, minimum darbe tonu en makul süre 3us'tan az olmamalıdır.
Yüksek akım modülleri ile düşük akım modüllerinin performansı arasında bu konuda bir fark var mı?Örnek olarak FF450R12ME3 orta güç modülünü ele alalım; aşağıdaki şekil farklı test akımları Ic için ton değiştiğinde gerilim aşımını göstermektedir.
Benzer sonuçlar, 1/10*Ic'nin altındaki düşük akım koşullarında tonun kapatma voltajı aşımı üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydedir.Akım, 450A nominal akıma veya hatta 900A 2*Ic akımına yükseltildiğinde, ton genişliğindeki voltaj aşımı çok açıktır.Aşırı koşullar altında çalışma koşullarının özelliklerinin performansını test etmek için, 1350A anma akımının 3 katı, ton genişliğinden bağımsız olarak çipin içine belirli bir voltaj seviyesinde gömülen voltaj yükselmeleri engelleme voltajını aşmıştır. .
Aşağıdaki şekil, Vce=700V ve Ic=900A'da ton=1us ve 20us'un karşılaştırma testi dalga formlarını göstermektedir.Gerçek testte, ton=1us seviyesindeki modül darbe genişliği salınım yapmaya başlamıştır ve Vcep voltaj yükselmesi ton=20us değerinden 80V daha yüksektir.Bu nedenle minimum darbe süresinin 1us'tan az olmaması önerilir.
FWD dar darbe açma
Yarım köprü devresinde, IGBT kapatma darbesi tooff, FWD açılma süresi ton'una karşılık gelir.Aşağıdaki şekil, FWD açılma süresi 2us'tan az olduğunda, FWD ters akım zirvesinin 450A nominal akımda artacağını göstermektedir.Toff 2us'tan büyük olduğunda, tepe FWD ters toparlanma akımı temel olarak değişmez.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5, özellikle ton değişimli düşük akım koşulları altında yüksek güçlü diyotların özelliklerini gözlemlemek için, aşağıdaki satır doğrudan karşılaştırmanın küçük akım IF = 20A koşullarında VR = 900V, 1200V koşullarını göstermektedir. İki dalga biçiminden ton = 3us olduğunda osiloskopun bu yüksek frekanslı salınımın genliğini tutamadığı açıktır.Bu aynı zamanda yüksek güçlü cihaz uygulamalarında yük akımının sıfır noktası üzerindeki yüksek frekanslı salınımı ile FWD kısa süreli ters toparlanma sürecinin yakından ilişkili olduğunu da kanıtlar.
Sezgisel dalga biçimine baktıktan sonra, bu süreci daha fazla ölçmek ve karşılaştırmak için gerçek verileri kullanın.Diyotun dv/dt ve di/dt'si toff ile değişir ve FWD iletim süresi ne kadar küçük olursa, ters özellikleri de o kadar hızlı olur.FWD'nin her iki ucundaki VR ne kadar yüksek olursa, diyot iletim darbesi daraldıkça, diyotun ters toparlanma hızı, özellikle ton = 3us koşullarındaki verilere bakıldığında hızlandırılacaktır.
VR = 1200V olduğunda.
dv/dt=44,3kV/us;di/dt=14kA/us.
VR=900V'de.
dv/dt=32,1kV/us;di/dt=12,9kA/us.
Ton=3us göz önüne alındığında, dalga biçimi yüksek frekanslı salınım daha yoğundur ve diyot güvenli çalışma alanının ötesinde, diyot FWD bakış açısından açık kalma süresi 3us'tan az olmamalıdır.
Yukarıdaki yüksek gerilim 3.3kV IGBT spesifikasyonunda, FWD ileri iletim süresi ton açıkça tanımlanmış ve gerekli olup, 2400A/3.3kV HE3 örnek alınarak, 10us'luk minimum diyot iletim süresi açıkça bir sınır olarak verilmiştir, bunun temel nedeni, yüksek güç uygulamalarında sistem devresi kaçak endüktansının nispeten büyük olması, anahtarlama süresinin nispeten uzun olması ve cihazın açılması sürecindeki geçicidir. İzin verilen maksimum diyot güç tüketimi PRQM'yi aşmak kolaydır.
Gerçek test dalga formlarından ve modülün sonuçlarından grafiklere bakın ve bazı temel özetler hakkında konuşun.
1. Darbe genişliği tonunun IGBT kapatma küçük akımı üzerindeki etkisi (yaklaşık 1/10*Ic) küçüktür ve gerçekte göz ardı edilebilir.
2. IGBT, yüksek akımı kapatırken darbe genişliği ton'a belirli bir bağımlılığa sahiptir, ton ne kadar küçük olursa, voltaj yükselmesi V o kadar yüksek olur ve kapatma akımının takibi aniden değişecek ve yüksek frekanslı salınım meydana gelecektir.
3. FWD özellikleri, açık kalma süresi kısaldıkça ters kurtarma işlemini hızlandırır ve FWD açık kalma süresi ne kadar kısa olursa, özellikle düşük akım koşullarında büyük dv/dt ve di/dt'ye neden olur.Ek olarak, yüksek voltajlı IGBT'lere net bir minimum diyot açılma süresi tonmin=10us verilir.
Makaledeki gerçek test dalga formları, bir rol oynamak için bazı referans minimum sürelerini vermiştir.
Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd., 2010 yılından bu yana çeşitli küçük alma ve yerleştirme makineleri üretmekte ve ihraç etmektedir. Kendi zengin, deneyimli Ar-Ge'mizden ve iyi eğitimli üretimimizden yararlanan NeoDen, dünya çapındaki müşterilerimizden büyük itibar kazanmaktadır.
130'dan fazla ülkede küresel varlığı bulunan NeoDen PNP makinelerinin mükemmel performansı, yüksek doğruluğu ve güvenilirliği, onları Ar-Ge, profesyonel prototip oluşturma ve küçük ve orta ölçekli seri üretim için mükemmel kılmaktadır.Tek duraklı SMT ekipmanının profesyonel çözümünü sunuyoruz.
Eklemek:No.18, Tianzihu Bulvarı, Tianzihu Kasabası, Anji İlçesi, Huzhou Şehri, Zhejiang Eyaleti, Çin
Telefon:86-571-26266266
Gönderim zamanı: Mayıs-24-2022