O que é fenômeno de pulso estreito
Como uma espécie de chave liga / desliga, o IGBT precisa de um certo tempo de reação do sinal de nível do portão ao processo de comutação do dispositivo, assim como é fácil apertar a mão muito rápido na vida para trocar o portão, pulso de abertura muito curto pode causar muito alto picos de tensão ou problemas de oscilação de alta frequência.Este fenômeno ocorre de vez em quando, pois o IGBT é acionado por sinais modulados PWM de alta frequência.Quanto menor o ciclo de trabalho, mais fácil é produzir pulsos estreitos, e as características de recuperação reversa do diodo de renovação antiparalelo IGBT FWD tornam-se mais rápidas durante a renovação de comutação forçada.Para 1700V / 1000A IGBT4 E4, a especificação na temperatura de junção Tvj.op = 150 ℃, o tempo de comutação tdon = 0,6us, tr = 0,12us e tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, largura de pulso estreita não pode ser menor do que a soma do tempo de comutação da especificação.Na prática, devido às diferentes características de carga, como energia fotovoltaica e armazenamento de energia, esmagadoramente quando o fator de potência de +/- 1, o pulso estreito aparecerá próximo ao ponto zero da corrente, como gerador de energia reativa SVG, filtro ativo fator de potência APF de 0, o pulso estreito aparecerá próximo à corrente de carga máxima, a aplicação real da corrente próxima ao ponto zero tem maior probabilidade de aparecer na oscilação de alta frequência da forma de onda de saída, resultando em problemas de EMI.
Fenômeno de pulso estreito da causa
Dos fundamentos dos semicondutores, a principal razão para o fenômeno do pulso estreito é devido ao IGBT ou FWD que acabou de começar a ligar, não preenchido imediatamente com portadoras, quando a portadora se espalha ao desligar o IGBT ou chip de diodo, em comparação com a portadora completamente preenchido após o desligamento, di / dt pode aumentar.A sobretensão de desligamento do IGBT mais alta correspondente será gerada sob a indutância parasita de comutação, o que também pode causar uma mudança repentina na corrente de recuperação reversa do diodo e, portanto, no fenômeno de desligamento.No entanto, esse fenômeno está intimamente relacionado à tecnologia de chips IGBT e FWD, à tensão e à corrente do dispositivo.
Primeiro, temos que partir do esquema clássico de pulso duplo, a figura a seguir mostra a lógica de comutação da tensão, corrente e tensão do acionamento da porta IGBT.A partir da lógica de acionamento do IGBT, ele pode ser dividido em tempo de desligamento de pulso estreito, que na verdade corresponde ao tempo de condução positivo ton do diodo FWD, que tem grande influência na corrente de pico de recuperação reversa e na velocidade de recuperação, como o ponto A na figura, a potência máxima de pico da recuperação reversa não pode exceder o limite do FWD SOA;e tempo de ativação de pulso estreito, isso tem um impacto relativamente grande no processo de desligamento do IGBT, como o ponto B na figura, principalmente nos picos de tensão de desligamento do IGBT e nas oscilações de corrente.
Mas o desligamento do dispositivo de pulso muito estreito causará quais problemas?Na prática, qual é o limite mínimo de largura de pulso razoável?Estes problemas são difíceis de derivar fórmulas universais para calcular diretamente com teorias e fórmulas, a análise teórica e a pesquisa também são relativamente pequenas.A partir da forma de onda de teste real e dos resultados para ver o gráfico para falar, análise e resumo das características e pontos em comum da aplicação, mais propício para ajudá-lo a entender esse fenômeno e, em seguida, otimizar o design para evitar problemas.
Ativação de pulso estreito IGBT
IGBT como um switch ativo, usando casos reais para ver o gráfico para falar desse fenômeno é mais convincente, para ter alguns produtos secos materiais.
Usando o módulo de alta potência IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 como objeto de teste, as características de desligamento do dispositivo quando a tonelada muda sob as condições de Vce=800V, Ic=500A, Rg=1,7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25 ℃, vermelho é o coletor Ic, azul é a tensão em ambas as extremidades do IGBT Vce, verde é a tensão de acionamento Vge.Vé.a tonelada de pulso diminui de 2us para 1,3us para ver a mudança deste pico de tensão Vcep, a figura a seguir visualiza a forma de onda de teste progressivamente para ver o processo de mudança, especialmente mostrado no círculo.
Quando ton altera a corrente Ic, na dimensão Vce para ver a mudança nas características causada por ton.Os gráficos esquerdo e direito mostram os picos de tensão Vce_peak em diferentes correntes Ic sob as mesmas condições Vce=800V e 1000V respectivamente.a partir dos respectivos resultados dos testes, ton tem um efeito relativamente pequeno nos picos de tensão Vce_peak em pequenas correntes;quando a corrente de desligamento aumenta, o desligamento por pulso estreito está sujeito a mudanças repentinas na corrente e, subsequentemente, causa picos de alta tensão.Tomando os gráficos esquerdo e direito como coordenadas para comparação, ton tem um impacto maior no processo de desligamento quando Vce e a corrente Ic são mais altos e é mais provável que haja uma mudança repentina de corrente.Do teste para ver este exemplo FF1000R17IE4, o pulso mínimo ton o tempo mais razoável não inferior a 3us.
Existe uma diferença entre o desempenho dos módulos de alta corrente e dos módulos de baixa corrente nesta questão?Tomemos como exemplo o módulo de potência média FF450R12ME3, a figura a seguir mostra o excesso de tensão quando a tonelada muda para diferentes correntes de teste Ic.
Resultados semelhantes, o efeito da tonelada no excesso de tensão de desligamento é insignificante em condições de baixa corrente abaixo de 1/10*Ic.Quando a corrente é aumentada para a corrente nominal de 450A ou mesmo para a corrente 2*Ic de 900A, o excesso de tensão com largura de tonelada é muito óbvio.Para testar o desempenho das características das condições de operação em condições extremas, 3 vezes a corrente nominal de 1350A, os picos de tensão ultrapassaram a tensão de bloqueio, sendo embutidos no chip em um determinado nível de tensão, independente da largura da tonelada .
A figura a seguir mostra as formas de onda de teste de comparação de ton=1us e 20us em Vce=700V e Ic=900A.A partir do teste real, a largura de pulso do módulo em ton=1us começou a oscilar e o pico de tensão Vcep é 80V maior que ton=20us.Portanto, recomenda-se que o tempo mínimo de pulso não seja inferior a 1us.
Ativação de pulso estreito FWD
No circuito meia ponte, o pulso de desligamento do IGBT tooff corresponde ao tempo de ativação do FWD ton.A figura abaixo mostra que quando o tempo de ativação do FWD for inferior a 2us, o pico da corrente reversa do FWD aumentará na corrente nominal de 450A.Quando o toff é maior que 2us, o pico da corrente de recuperação reversa do FWD permanece basicamente inalterado.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 para observar as características de diodos de alta potência, especialmente sob condições de baixa corrente com mudanças de toneladas, a linha a seguir mostra as condições VR = 900V, 1200V, nas condições de pequena corrente IF = 20A da comparação direta das duas formas de onda, fica claro que quando ton = 3us, o osciloscópio não foi capaz de manter a amplitude desta oscilação de alta frequência.Isso também prova que a oscilação de alta frequência da corrente de carga acima do ponto zero em aplicações de dispositivos de alta potência e o processo de recuperação reversa de curto prazo do FWD estão intimamente relacionados.
Depois de observar a forma de onda intuitiva, use os dados reais para quantificar e comparar ainda mais esse processo.dv/dt e di/dt do diodo variam com toff, e quanto menor o tempo de condução FWD, mais rápidas serão suas características reversas.Quando maior o VR em ambas as extremidades do FWD, à medida que o pulso de condução do diodo se torna mais estreito, sua velocidade de recuperação reversa do diodo será acelerada, observando especificamente os dados nas condições ton = 3us.
VR = 1200V quando.
dv/dt=44,3kV/us;di/dt=14kA/us.
Em VR=900V.
dv/dt=32,1kV/us;di/dt=12,9kA/us.
Tendo em vista ton = 3us, a oscilação de alta frequência da forma de onda é mais intensa e, além da área de trabalho segura do diodo, o tempo de ativação não deve ser inferior a 3us do ponto de vista do diodo FWD.
Na especificação do IGBT de 3,3kV de alta tensão acima, o tempo de condução direta FWD ton foi claramente definido e exigido, tomando 2400A/3,3kV HE3 como exemplo, o tempo mínimo de condução do diodo de 10us foi claramente dado como limite, o que ocorre principalmente porque a indutância parasita do circuito do sistema em aplicações de alta potência é relativamente grande, o tempo de comutação é relativamente longo e o transiente no processo de abertura do dispositivo É fácil exceder o consumo máximo permitido de energia do diodo PRQM.
A partir das formas de onda de teste reais e dos resultados do módulo, observe os gráficos e fale sobre alguns resumos básicos.
1. O impacto da largura de pulso ton no IGBT desliga a pequena corrente (cerca de 1/10 * Ic) é pequeno e pode realmente ser ignorado.
2. o IGBT tem uma certa dependência da largura de pulso ton ao desligar a alta corrente, quanto menor a ton, maior será o pico de tensão V, e o rastro da corrente de desligamento mudará abruptamente e ocorrerá oscilação de alta frequência.
3. As características do FWD aceleram o processo de recuperação reversa à medida que o tempo de ativação se torna mais curto, e quanto mais curto o tempo de ativação do FWD causará grandes dv/dt e di/dt, especialmente sob condições de baixa corrente.Além disso, os IGBTs de alta tensão recebem um tempo mínimo claro de ativação do diodo tonmin = 10us.
As formas de onda de teste reais no artigo forneceram algum tempo mínimo de referência para desempenhar um papel.
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Horário da postagem: 24 de maio de 2022