הסבר על תופעת הדופק הצר של IGBT

מהי תופעת הדופק הצר

כסוג של מתג הפעלה, IGBT זקוק לזמן תגובה מסוים מהאות רמת השער ועד לתהליך החלפת המכשיר, בדיוק כפי שקל ללחוץ את היד מהר מדי בחיים כדי להחליף את השער, דופק פתיחה קצר מדי עלול לגרום גבוה מדי קוצים במתח או בעיות תנודות בתדר גבוה.תופעה זו מתרחשת בחוסר אונים מעת לעת, כאשר ה-IGBT מונע על ידי אותות מאופננים ב-PWM בתדר גבוה.ככל שמחזור העבודה קטן יותר, כך קל יותר להוציא פולסים צרים, ומאפייני ההתאוששות ההפוכה של דיודת החידוש האנטי-מקבילית IGBT FWD נעשים מהירים יותר במהלך חידוש מיתוג קשה.ל-1700V/1000A IGBT4 E4, המפרט בטמפרטורת הצומת Tvj.op = 150 ℃, זמן המיתוג tdon = 0.6us, tr = 0.12us ו-tdoff = 1.3us, tf = 0.59us, דופק צר לא יכול להיות פחות. מסכום זמן החלפת המפרט.בפועל, עקב מאפייני העומס השונים כמו פוטו-וולטאים ואחסון אנרגיה באופן גורף כאשר מקדם ההספק של +/- 1, הפולס הצר יופיע ליד נקודת האפס הנוכחית, כמו מחולל הספק תגובתי SVG, מקדם הספק APF מסנן פעיל של 0, הדופק הצר יופיע בסמוך לזרם העומס המקסימלי, היישום בפועל של הזרם ליד נקודת האפס סביר יותר להופיע בתנודה בתדר גבוה בצורת גל פלט, נוצרות בעיות EMI.

תופעת דופק צר של הסיבה

מהיסודות של המוליכים למחצה, הסיבה העיקרית לתופעת הדופק הצר היא בגלל שה-IGBT או FWD רק התחילו להידלק, לא התמלאו מיד בנשאים, כאשר הספק התפשט בעת כיבוי ה-IGBT או שבב הדיודה, בהשוואה לנשא לחלוטין. מילא לאחר הכיבוי, di / dt עשוי לגדול.מתח יתר ה-IGBT הגבוה יותר המתאים לכיבוי יווצר תחת השראות תזוזה של ה-commutation, מה שעלול לגרום גם לשינוי פתאומי בזרם ההתאוששות ההפוכה של דיודה ובכך לתופעת ה-Snap-off.עם זאת, תופעה זו קשורה קשר הדוק לטכנולוגיית שבבי IGBT ו-FWD, מתח וזרם המכשיר.

ראשית, עלינו להתחיל מהסכימה הקלאסית של הדופק הכפול, האיור הבא מציג את לוגיקה המיתוג של מתח, זרם ומתח כונן שער IGBT.מהלוגיקה המניעה של IGBT, ניתן לחלק אותו לזמן כיבוי דופק צר, אשר תואם למעשה לטון זמן ההולכה החיובי של דיודה FWD, שיש לו השפעה רבה על שיא זרם ההתאוששות ההפוכה ומהירות ההתאוששות, כגון נקודה A באיור, הספק השיא המרבי של התאוששות הפוכה לא יכול לחרוג מהמגבלה של FWD SOA;ובטון זמן הפעלה צר של פעימה, יש לכך השפעה גדולה יחסית על תהליך הכיבוי של ה-IGBT, כגון נקודה B באיור, בעיקר קוצי המתח של כיבוי ה-IGBT ותנודות נגררות זרם.

אבל כיבוי צר מדי של מכשיר דופק יגרום לאילו בעיות?בפועל, מהי מגבלת רוחב הפולסים המינימלית שהיא סבירה?לבעיות אלו קשה לגזור נוסחאות אוניברסליות לחישוב ישיר עם תיאוריות ונוסחאות, גם ניתוח תיאורטי ומחקר קטן יחסית.מצורת גל הבדיקה בפועל ותוצאות לראות את הגרף לדבר, ניתוח וסיכום של המאפיינים והמשותפים של היישום, תורם יותר כדי לעזור לך להבין את התופעה, ולאחר מכן לייעל את העיצוב כדי למנוע בעיות.

הפעלת דופק צר של IGBT

IGBT כמתג פעיל, באמצעות מקרים בפועל כדי לראות את הגרף לדבר על תופעה זו משכנע יותר, שיש כמה מוצרים יבשים חומריים.

באמצעות מודול העוצמה הגבוהה IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 כאובייקט הבדיקה, מאפייני הכיבוי של המכשיר כאשר הטון משתנה בתנאים של Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25℃, אדום הוא האספן Ic, כחול הוא המתח בשני הקצוות של ה-IGBT Vce, ירוק הוא מתח ההנעה Vge.Vge.טון הדופק יורד מ-2us ל-1.3us כדי לראות את השינוי של ספייק המתח הזה Vcep, האיור הבא מדגים את צורת גל הבדיקה בהדרגה כדי לראות את תהליך השינוי, במיוחד מוצג במעגל.

כאשר טון משנה את ה-IC הנוכחי, בממד Vce כדי לראות את השינוי במאפיינים הנגרם על ידי טון.הגרפים השמאלי והימני מציגים את קוצי המתח Vce_peak בזרמים שונים Ic באותם תנאים Vce=800V ו-1000V בהתאמה.מתוצאות הבדיקה המתאימות, לטון יש השפעה קטנה יחסית על קוצי המתח Vce_peak בזרמים קטנים;כאשר זרם הכיבוי עולה, כיבוי הדופק הצר נוטה לשינויים פתאומיים בזרם ובעקבות כך גורם לקוצים במתח גבוה.אם לוקחים את הגרפים השמאלי והימני כקואורדינטות להשוואה, לטון יש השפעה גדולה יותר על תהליך הכיבוי כאשר Vce ו-Ic הנוכחי גבוהים יותר, ויש סיכוי גבוה יותר לשינוי זרם פתאומי.מהבדיקה כדי לראות את הדוגמה הזו FF1000R17IE4, טון הדופק המינימלי בזמן הסביר ביותר לא פחות מ-3us.

האם יש הבדל בין הביצועים של מודולי זרם גבוה למודולי זרם נמוך בנושא זה?קחו לדוגמה את מודול הספק בינוני FF450R12ME3, האיור הבא מציג את חריגות המתח כאשר הטון משתנה עבור זרמי בדיקה שונים Ic.

תוצאות דומות, ההשפעה של טון על חריגה ממתח כיבוי היא זניחה בתנאי זרם נמוך מתחת ל-1/10*Ic.כאשר הזרם גדל לזרם הנקוב של 450A או אפילו זרם 2*Ic של 900A, חריגת המתח ברוחב טון ברורה מאוד.על מנת לבדוק את ביצועי המאפיינים של תנאי ההפעלה בתנאים קיצוניים, פי 3 מהזרם הנקוב של 1350A, קוצי המתח עברו את מתח החסימה, כשהם מוטמעים בשבב ברמת מתח מסוימת, ללא תלות ברוחב הטון. .

האיור הבא מציג את צורות הגל של בדיקת ההשוואה של טון=1us ו-20us ב-Vce=700V ו-Ic=900A.מהבדיקה בפועל, רוחב הפולס של המודול בטון=1us החל להתנודד, וספייק המתח Vcep גבוה ב-80V מטון=20us.לכן, מומלץ שזמן הדופק המינימלי לא יפחת מ-1us.

הפעלת דופק צר FWD

במעגל חצי גשר, דופק ה-IGBT כיבוי תואם לטון זמן ההפעלה של FWD.האיור שלהלן מראה שכאשר זמן הפעלת ה-FWD הוא פחות מ-2us, שיא הזרם ההפוך ל-FWD יגדל בזרם הנקוב של 450A.כאשר ה-toff גדול מ-2us, שיא זרם ההתאוששות הפוכה של FWD אינו משתנה.

IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 כדי לבחון את המאפיינים של דיודות בעלות הספק גבוה, במיוחד בתנאי זרם נמוך עם שינויים בטון, השורה הבאה מציגה את תנאי ה-VR = 900V, 1200V, בתנאי הזרם הקטן IF = 20A של ההשוואה הישירה מבין שתי צורות הגל, ברור שכאשר טון = 3us, האוסילוסקופ לא הצליח להחזיק את המשרעת של תנודה בתדר גבוה זה.זה גם מוכיח שהתנודה בתדר גבוה של זרם העומס מעל נקודת אפס ביישומי התקנים בעלי הספק גבוה ותהליך ההתאוששות ההפוכה בזמן קצר של FWD קשורים קשר הדוק.

לאחר הסתכלות על צורת הגל האינטואיטיבית, השתמש בנתונים בפועל כדי לכמת ולהשוות את התהליך הזה.dv/dt ו-di/dt של הדיודה משתנים בהתאם ל-toff, וככל שזמן ההולכה FWD קטן יותר, כך המאפיינים ההפוכים שלה יהיו מהירים יותר.כאשר ככל שה-VR גבוה יותר בשני הקצוות של ה-FWD, כאשר דופק ההולכה של הדיודה הופך צר יותר, מהירות ההתאוששות ההפוכה של הדיודה שלה תואץ, במיוחד בהסתכלות על הנתונים בתנאים של טון = 3us.

VR = 1200V כאשר.

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

ב-VR=900V.

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

לאור טון=3us, תנודת הגל בתדר גבוה אינטנסיבית יותר, ומעבר לאזור העבודה הבטוח של הדיודה, זמן ההפעלה לא צריך להיות פחות מ-3us מנקודת המבט של הדיודה FWD.

במפרט של מתח גבוה 3.3kV IGBT לעיל, טון זמן ההולכה קדימה FWD הוגדר בבירור ונדרש, תוך נטילת 2400A/3.3kV HE3 כדוגמה, זמן ההולכה המינימלי של דיודה של 10us ניתן בבירור כמגבלה, מה שבעיקר בגלל השראות התועה של מעגל המערכת ביישומי הספק גבוה היא גדולה יחסית, זמן המעבר ארוך יחסית, והחולף בתהליך פתיחת המכשיר קל לחרוג מצריכת החשמל המקסימלית המותרת של הדיודה PRQM.

מתוך צורות הגל של הבדיקה בפועל ותוצאות המודול, הסתכלו על הגרפים ודברו על כמה סיכומים בסיסיים.

1. ההשפעה של טון רוחב הדופק על כיבוי IGBT של זרם קטן (בערך 1/10*Ic) קטנה ולמעשה ניתן להתעלם ממנה.

2. ל-IGBT יש תלות מסוימת בטון ברוחב הפולסים בעת כיבוי זרם גבוה, ככל שהטון קטן יותר כך ספייק המתח V גבוה יותר, ועקרון זרם הכיבוי ישתנה בפתאומיות ותתרחש תנודה בתדר גבוה.

3. מאפייני ה-FWD מאיצים את תהליך ההתאוששות ההפוכה ככל שזמן ההפעלה הולך וקצר, וככל שזמן ההפעלה של ה-FWD יהיה קצר יותר יגרום ל-dv/dt ו-di/dt גדולים, במיוחד בתנאי זרם נמוך.בנוסף, IGBT במתח גבוה מקבלים זמן הפעלה מינימלי ברור של דיודה, tonmin=10us.

צורות הגל של הבדיקה בפועל במאמר נתנו זמן התייחסות מינימלי למלא תפקיד.

Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd מייצרת ומייצאת מכונות איסוף קטנות שונות מאז 2010. תוך ניצול מו"פ המנוסה והעשירה שלנו, ייצור מאומן היטב, ניאודן זוכה למוניטין רב מהלקוחות ברחבי העולם.

עם נוכחות עולמית בלמעלה מ-130 מדינות, הביצועים המצוינים, הדיוק והאמינות הגבוהים של מכונות NeoDen PNP הופכות אותן למושלמות עבור מו"פ, אב טיפוס מקצועי וייצור אצווה קטנה עד בינונית.אנו מספקים פתרון מקצועי של ציוד SMT חד פעמי.

לְהוֹסִיף:מס' 18, שדרת טיאנצ'יו, העיירה טיאנצ'יו, מחוז אנג'י, העיר חוז'ו, מחוז ג'ה-ג'יאנג, סין

טלפון:86-571-26266266