Hiện tượng xung hẹp là gì
Là một loại công tắc nguồn, IGBT cần có thời gian phản ứng nhất định từ tín hiệu mức cổng đến quá trình chuyển đổi thiết bị, cũng giống như việc bóp tay quá nhanh trong cuộc sống để chuyển đổi cổng, xung mở quá ngắn có thể gây ra quá cao tăng đột biến điện áp hoặc các vấn đề dao động tần số cao.Hiện tượng này thỉnh thoảng xảy ra một cách bất lực vì IGBT được điều khiển bởi các tín hiệu điều chế tần số cao.Chu kỳ nhiệm vụ càng nhỏ thì càng dễ tạo ra các xung hẹp và đặc tính phục hồi ngược của diode FWD chống song song IGBT trở nên nhanh hơn trong quá trình đổi mới chuyển mạch cứng.Đến 1700V/1000A IGBT4 E4, thông số kỹ thuật ở nhiệt độ đường giao nhau Tvj.op = 150oC, thời gian chuyển mạch tdon = 0,6us, tr = 0,12us và tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, độ rộng xung hẹp không thể nhỏ hơn hơn tổng thời gian chuyển đổi thông số kỹ thuật.Trong thực tế, do các đặc tính tải khác nhau như quang điện và lưu trữ năng lượng chiếm ưu thế khi hệ số công suất +/- 1, xung hẹp sẽ xuất hiện gần điểm 0 hiện tại, như máy phát công suất phản kháng SVG, hệ số công suất APF của bộ lọc hoạt động bằng 0, xung hẹp sẽ xuất hiện gần dòng tải tối đa, ứng dụng thực tế của dòng điện gần điểm 0 có nhiều khả năng xuất hiện trên dao động tần số cao dạng sóng đầu ra, xảy ra sự cố EMI.
Hiện tượng mạch hẹp nguyên nhân
Từ nguyên lý bán dẫn cơ bản, nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xung hẹp là do IGBT hoặc FWD mới bắt đầu bật, chưa được lấp đầy sóng mang ngay lập tức, khi sóng mang lan rộng khi tắt IGBT hoặc chip diode, so với sóng mang hoàn toàn. đầy sau khi tắt máy, di/dt có thể tăng lên.Quá điện áp tắt IGBT cao hơn tương ứng sẽ được tạo ra dưới điện cảm chuyển mạch lạc, điều này cũng có thể gây ra sự thay đổi đột ngột trong dòng phục hồi ngược của diode và do đó hiện tượng tắt.Tuy nhiên, hiện tượng này liên quan chặt chẽ đến công nghệ chip IGBT và FWD, điện áp và dòng điện của thiết bị.
Đầu tiên, chúng ta phải bắt đầu từ sơ đồ xung kép cổ điển, hình dưới đây cho thấy logic chuyển mạch của điện áp, dòng điện và điện áp ổ đĩa cổng IGBT.Từ logic điều khiển của IGBT, nó có thể được chia thành thời gian tắt xung hẹp, thực sự tương ứng với tấn thời gian dẫn dương của diode FWD, có ảnh hưởng lớn đến dòng điện cực đại phục hồi ngược và tốc độ phục hồi, chẳng hạn như điểm A trong hình, công suất cực đại tối đa của quá trình phục hồi ngược không thể vượt quá giới hạn của FWD SOA;và thời gian bật xung hẹp tấn, điều này có tác động tương đối lớn đến quá trình tắt IGBT, chẳng hạn như điểm B trong hình, chủ yếu là các xung điện áp tắt IGBT và dao động kéo theo dòng điện.
Nhưng việc tắt thiết bị xung quá hẹp sẽ gây ra vấn đề gì?Trong thực tế, giới hạn độ rộng xung tối thiểu là bao nhiêu là hợp lý?Những bài toán này khó rút ra các công thức phổ quát để tính toán trực tiếp bằng lý thuyết và công thức, việc phân tích và nghiên cứu lý thuyết cũng tương đối ít.Từ dạng sóng thử nghiệm thực tế và kết quả để xem biểu đồ để nói, phân tích và tóm tắt các đặc điểm và điểm chung của ứng dụng, thuận lợi hơn để giúp bạn hiểu hiện tượng này, từ đó tối ưu hóa thiết kế để tránh các vấn đề.
Bật xung hẹp IGBT
IGBT với tư cách là một công tắc chủ động, dùng trường hợp thực tế xem đồ thị để nói về hiện tượng này thì thuyết phục hơn, để có một số hàng khô vật chất.
Sử dụng mô-đun công suất cao IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 làm đối tượng thử nghiệm, đặc tính tắt của thiết bị khi tấn thay đổi trong các điều kiện Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25oC, màu đỏ là IC thu, màu xanh lam là điện áp ở cả hai đầu của IGBT Vce, màu xanh lá cây là điện áp ổ đĩa Vge.Vge.xung ton giảm từ 2us xuống 1,3us để thấy sự thay đổi của xung điện áp Vcept này, hình dưới đây minh họa dạng sóng thử dần dần để xem quá trình thay đổi, đặc biệt là thể hiện ở hình tròn.
Khi ton thay đổi dòng điện Ic, trong chiều Vce xem sự thay đổi đặc tính do ton gây ra.Biểu đồ bên trái và bên phải hiển thị các xung điện áp Vce_peak ở các dòng Ic khác nhau trong cùng điều kiện Vce=800V và 1000V tương ứng.từ các kết quả thử nghiệm tương ứng, tấn có ảnh hưởng tương đối nhỏ đến các xung điện áp Vce_peak ở dòng điện nhỏ;khi dòng điện tắt tăng lên, dòng điện tắt xung hẹp có xu hướng thay đổi dòng điện đột ngột và sau đó gây ra các xung điện áp cao.Lấy đồ thị bên trái và bên phải làm tọa độ để so sánh, ton có tác động lớn hơn đến quá trình tắt máy khi Vce và Ic hiện tại cao hơn và dễ xảy ra hiện tượng dòng điện thay đổi đột ngột.Từ thử nghiệm xem ví dụ này FF1000R17IE4, xung tối thiểu tấn thời gian hợp lý nhất không dưới 3us.
Có sự khác biệt nào giữa hiệu suất của mô-đun dòng điện cao và mô-đun dòng điện thấp trong vấn đề này không?Lấy mô-đun công suất trung bình FF450R12ME3 làm ví dụ, hình dưới đây cho thấy điện áp tăng vọt khi tấn thay đổi đối với các dòng điện thử nghiệm khác nhau Ic.
Kết quả tương tự, ảnh hưởng của tấn đến hiện tượng vọt lố điện áp khi tắt là không đáng kể ở điều kiện dòng điện thấp dưới 1/10*Ic.Khi tăng dòng điện lên đến dòng điện định mức 450A hoặc thậm chí dòng điện 2*Ic là 900A, điện áp tăng vọt với chiều rộng tấn là rất rõ ràng.Để kiểm tra hiệu suất của các đặc tính của điều kiện hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, gấp 3 lần dòng điện định mức 1350A, các xung điện áp đã vượt quá điện áp chặn, được nhúng vào chip ở một mức điện áp nhất định, không phụ thuộc vào chiều rộng tấn .
Hình dưới đây thể hiện dạng sóng thử nghiệm so sánh của tấn=1us và 20us tại Vce=700V và Ic=900A.Từ thử nghiệm thực tế, độ rộng xung mô-đun tại tấn=1us đã bắt đầu dao động và điện áp tăng đột biến Vcept cao hơn 80V so với tấn=20us.Do đó, thời gian xung tối thiểu được khuyến nghị không được nhỏ hơn 1us.
Bật xung hẹp FWD
Trong mạch nửa cầu, xung tắt IGBT tương ứng với tấn thời gian bật FWD.Hình dưới đây cho thấy khi thời gian bật FWD nhỏ hơn 2us, dòng điện ngược FWD cực đại sẽ tăng ở dòng định mức 450A.Khi Toff lớn hơn 2us, dòng phục hồi ngược FWD cực đại về cơ bản không thay đổi.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 để quan sát các đặc tính của điốt công suất cao, đặc biệt là trong điều kiện dòng điện thấp có tấn thay đổi, hàng sau hiển thị các điều kiện VR = 900V, 1200V, trong điều kiện dòng điện nhỏ IF = 20A của so sánh trực tiếp Trong hai dạng sóng, rõ ràng khi ton = 3us thì máy hiện sóng đã không thể giữ được biên độ của dao động tần số cao này.Điều này cũng chứng tỏ rằng dao động tần số cao của dòng tải trên điểm 0 trong các ứng dụng thiết bị công suất cao và quá trình phục hồi ngược thời gian ngắn FWD có liên quan chặt chẽ với nhau.
Sau khi xem dạng sóng trực quan, hãy sử dụng dữ liệu thực tế để định lượng và so sánh thêm quá trình này.dv/dt và di/dt của diode thay đổi theo Toff và thời gian dẫn FWD càng nhỏ thì đặc tính ngược của nó sẽ càng nhanh.Khi VR ở cả hai đầu của FWD càng cao, khi xung dẫn diode trở nên hẹp hơn, tốc độ phục hồi ngược diode của nó sẽ được tăng tốc, cụ thể là xem xét dữ liệu trong điều kiện tấn = 3us.
VR = 1200V khi.
dv/dt=44,3kV/us;di/dt=14kA/us.
Tại VR=900V.
dv/dt=32,1kV/us;di/dt=12,9kA/us.
Theo quan điểm tấn = 3us, dao động tần số cao dạng sóng mạnh hơn và ngoài vùng làm việc an toàn của diode, thời gian đúng giờ không được nhỏ hơn 3us theo quan điểm FWD của diode.
Trong thông số kỹ thuật của IGBT điện áp cao 3,3kV ở trên, tấn thời gian dẫn truyền thuận FWD đã được xác định và yêu cầu rõ ràng, lấy 2400A/3,3kV HE3 làm ví dụ, thời gian dẫn truyền điốt tối thiểu là 10us đã được đưa ra rõ ràng làm giới hạn, Điều này chủ yếu là do độ tự cảm lạc của mạch hệ thống trong các ứng dụng công suất cao tương đối lớn, thời gian chuyển mạch tương đối dài và nhất thời trong quá trình mở thiết bị. Dễ dàng vượt quá mức tiêu thụ điện năng tối đa cho phép của diode PRQM.
Từ các dạng sóng thử nghiệm thực tế và kết quả của mô-đun, hãy nhìn vào biểu đồ và nói về một số tóm tắt cơ bản.
1. tác động của độ rộng xung tấn lên IGBT tắt dòng điện nhỏ (khoảng 1/10 * Ic) là nhỏ và thực sự có thể bị bỏ qua.
2. IGBT có sự phụ thuộc nhất định vào độ rộng xung tấn khi tắt dòng điện cao, tấn càng nhỏ thì điện áp V tăng đột biến và dòng điện tắt sẽ thay đổi đột ngột và sẽ xảy ra dao động tần số cao.
3. Các đặc tính của FWD đẩy nhanh quá trình phục hồi ngược khi thời gian đúng giờ trở nên ngắn hơn và thời gian đúng giờ của FWD càng ngắn sẽ gây ra dv/dt và di/dt lớn, đặc biệt là trong điều kiện dòng điện thấp.Ngoài ra, IGBT điện áp cao có thời gian bật diode tối thiểu rõ ràng tonmin=10us.
Các dạng sóng thử nghiệm thực tế trong bài báo đã đưa ra một số thời gian tham chiếu tối thiểu để phát huy tác dụng.
Chiết Giang NeoDen Technology Co., Ltd. đã sản xuất và xuất khẩu nhiều loại máy gắp và đặt nhỏ khác nhau kể từ năm 2010. Tận dụng lợi thế R&D giàu kinh nghiệm của chúng tôi, quá trình sản xuất được đào tạo bài bản, NeoDen giành được danh tiếng lớn từ khách hàng trên toàn thế giới.
Với sự hiện diện toàn cầu tại hơn 130 quốc gia, hiệu suất tuyệt vời, độ chính xác và độ tin cậy cao của máy NeoDen PNP khiến chúng trở nên hoàn hảo cho hoạt động R&D, tạo mẫu chuyên nghiệp và sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ.Chúng tôi cung cấp giải pháp chuyên nghiệp của thiết bị SMT một cửa.
Thêm vào:Số 18, Đại lộ Tianzihu, Thị trấn Tianzihu, Huyện Anji, Thành phố Hồ Châu, Tỉnh Chiết Giang, Trung Quốc
Điện thoại:86-571-26266266
Thời gian đăng: 24-05-2022