Wat is het Narrow Pulse-fenomeen?
Als een soort stroomschakelaar heeft IGBT een bepaalde reactietijd nodig van het poortniveausignaal tot het schakelproces van het apparaat, net zoals het gemakkelijk is om in het leven te snel in de hand te knijpen om de poort te schakelen, een te korte openingspuls kan een te hoge openingspuls veroorzaken spanningspieken of hoogfrequente oscillatieproblemen.Dit fenomeen treedt van tijd tot tijd hulpeloos op omdat de IGBT wordt aangedreven door hoogfrequente PWM-gemoduleerde signalen.Hoe kleiner de werkcyclus, hoe gemakkelijker het is om smalle pulsen uit te voeren, en de omgekeerde herstelkarakteristieken van de IGBT anti-parallelle vernieuwingsdiode FWD worden sneller tijdens hard-switching vernieuwing.Voor 1700V/1000A IGBT4 E4, de specificatie in de junctietemperatuur Tvj.op = 150 ℃, de schakeltijd tdon = 0,6us, tr = 0,12us en tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, smalle pulsbreedte kan niet minder zijn dan de som van de gespecificeerde schakeltijd.In de praktijk zal, vanwege de verschillende belastingskarakteristieken, zoals fotovoltaïsche energie en energieopslag, overweldigend wanneer de arbeidsfactor van + / – 1, de smalle puls verschijnt nabij het huidige nulpunt, zoals reactieve stroomgenerator SVG, actieve filter APF arbeidsfactor van 0, de smalle puls zal verschijnen nabij de maximale belastingsstroom, de daadwerkelijke toepassing van de stroom nabij het nulpunt zal waarschijnlijker verschijnen op de hoogfrequente oscillatie van de uitgangsgolfvorm, EMI-problemen ontstaan.
Smalle pols fenomeen van de oorzaak
Vanuit de grondbeginselen van halfgeleiders is de belangrijkste reden voor het smalle pulsfenomeen te wijten aan het feit dat de IGBT of FWD net is ingeschakeld en niet onmiddellijk is gevuld met draaggolven, wanneer de draaggolf zich verspreidt bij het afsluiten van de IGBT- of diodechip, vergeleken met de draaggolf volledig gevuld na uitschakeling, di/dt kan toenemen.De overeenkomstige hogere IGBT-uitschakeloverspanning zal worden gegenereerd onder de commutatie-strooiinductie, wat ook een plotselinge verandering in de omgekeerde herstelstroom van de diode kan veroorzaken en dus een afbreekfenomeen.Dit fenomeen hangt echter nauw samen met IGBT- en FWD-chiptechnologie, apparaatspanning en -stroom.
Ten eerste moeten we uitgaan van het klassieke dubbele pulsschema. De volgende afbeelding toont de schakellogica van de IGBT-poortaandrijfspanning, stroom en spanning.Vanuit de aandrijflogica van IGBT kan deze worden onderverdeeld in een smalle puls-uittijd toff, die feitelijk overeenkomt met de positieve geleidingstijd ton van diode FWD, die een grote invloed heeft op de omgekeerde herstelpiekstroom en herstelsnelheid, zoals punt A in de figuur kan het maximale piekvermogen van omgekeerd herstel de limiet van FWD SOA niet overschrijden;en de smalle inschakeltijd van de puls, dit heeft een relatief grote impact op het IGBT-uitschakelproces, zoals punt B in de figuur, voornamelijk de IGBT-uitschakelspanningspieken en huidige volgoscillaties.
Maar welke problemen zal het in- en uitschakelen van het apparaat met een te smalle puls veroorzaken?Wat is in de praktijk de minimale pulsbreedtelimiet die redelijk is?Deze problemen zijn moeilijk om universele formules af te leiden om direct te berekenen met theorieën en formules, theoretische analyse en onderzoek zijn ook relatief klein.Van de daadwerkelijke testgolfvorm en resultaten tot de grafiek om te spreken, analyse en samenvatting van de kenmerken en overeenkomsten van de applicatie, meer bevorderlijk om u te helpen dit fenomeen te begrijpen, en vervolgens het ontwerp te optimaliseren om problemen te voorkomen.
IGBT-inschakeling met smalle puls
IGBT als een actieve schakelaar, waarbij gebruik wordt gemaakt van feitelijke gevallen om de grafiek te zien om over dit fenomeen te spreken, is overtuigender om wat materiële droge goederen te hebben.
Met behulp van de krachtige module IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 als testobject worden de kenmerken van het apparaat uitgeschakeld wanneer de ton verandert onder de omstandigheden van Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25℃, rood is de collector Ic, blauw is de spanning aan beide uiteinden van de IGBT Vce, groen is de aandrijfspanning Vge.Vge.pulston neemt af van 2us naar 1,3us om de verandering van deze spanningspiek Vcep te zien, de volgende afbeelding visualiseert de testgolfvorm geleidelijk om het veranderingsproces te zien, vooral weergegeven in de cirkel.
Wanneer ton de huidige Ic verandert, ziet u in de Vce-dimensie de verandering in kenmerken veroorzaakt door ton.De linker- en rechtergrafieken tonen de spanningspieken Vce_peak bij verschillende stromen Ic onder respectievelijk dezelfde Vce=800V- en 1000V-omstandigheden.uit de respectievelijke testresultaten blijkt dat ton een relatief klein effect heeft op de spanningspieken Vce_peak bij kleine stromen;wanneer de uitschakelstroom toeneemt, is de smalle pulsuitschakeling gevoelig voor plotselinge stroomveranderingen en veroorzaakt vervolgens hoge spanningspieken.Als we ter vergelijking de linker- en rechtergrafieken als coördinaten nemen, heeft ton een grotere impact op het uitschakelproces wanneer Vce en stroom Ic hoger zijn, en is de kans groter dat er een plotselinge stroomverandering optreedt.Uit de test om dit voorbeeld FF1000R17IE4 te zien, is de minimale puls ton de meest redelijke tijd niet minder dan 3us.
Is er op dit punt een verschil tussen de prestaties van hoogstroommodules en laagstroommodules?Neem als voorbeeld de FF450R12ME3 middenvermogenmodule. De volgende afbeelding toont de spanningsoverschrijding wanneer de ton verandert voor verschillende teststromen Ic.
Vergelijkbare resultaten: het effect van ton op de overschrijding van de uitschakelspanning is verwaarloosbaar bij lage stroomomstandigheden onder 1/10*Ic.Wanneer de stroom wordt verhoogd tot de nominale stroom van 450A of zelfs 2*Ic-stroom van 900A, is de spanningsoverschrijding met een tonbreedte zeer duidelijk.Om de prestaties van de kenmerken van de bedrijfsomstandigheden onder extreme omstandigheden te testen, 3 keer de nominale stroom van 1350A, hebben de spanningspieken de blokkeerspanning overschreden, omdat ze op een bepaald spanningsniveau in de chip zijn ingebed, onafhankelijk van de tonbreedte .
De volgende afbeelding toont de vergelijkingstestgolfvormen van ton=1us en 20us bij Vce=700V en Ic=900A.Uit de daadwerkelijke test blijkt dat de pulsbreedte van de module bij ton=1us begint te oscilleren, en de spanningspiek Vcep is 80V hoger dan ton=20us.Daarom wordt aanbevolen dat de minimale pulstijd niet minder dan 1 us bedraagt.
FWD smalle pulsinschakeling
In het halfbrugcircuit komt de IGBT-uitschakelpuls toff overeen met de FWD-inschakeltijd ton.De onderstaande afbeelding laat zien dat wanneer de FWD-inschakeltijd minder dan 2us bedraagt, de FWD-tegenstroompiek zal toenemen bij de nominale stroom van 450A.Wanneer toff groter is dan 2us, is de piek FWD omgekeerde herstelstroom in principe onveranderd.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 om de kenmerken van hoogvermogendiodes te observeren, vooral onder omstandigheden met lage stroomsterkte en tonveranderingen, toont de volgende rij de VR = 900V, 1200V-omstandigheden, in de kleine stroom IF = 20A-omstandigheden van de directe vergelijking van de twee golfvormen is het duidelijk dat wanneer ton = 3us, de oscilloscoop de amplitude van deze hoogfrequente oscillatie niet heeft kunnen vasthouden.Dit bewijst ook dat de hoogfrequente oscillatie van de belastingsstroom boven het nulpunt in toepassingen met hoog vermogen en het kortstondige omgekeerde herstelproces met FWD nauw verwant zijn.
Nadat u naar de intuïtieve golfvorm heeft gekeken, gebruikt u de daadwerkelijke gegevens om dit proces verder te kwantificeren en te vergelijken.dv/dt en di/dt van de diode variëren met toff, en hoe kleiner de FWD-geleidingstijd, hoe sneller de omgekeerde eigenschappen zullen worden.Wanneer de VR aan beide uiteinden van de FWD hoger is, naarmate de diodegeleidingspuls smaller wordt, zal de omgekeerde herstelsnelheid van de diode worden versneld, met name kijkend naar de gegevens in ton = 3us-omstandigheden.
VR = 1200V wanneer.
dv/dt=44,3 kV/us;di/dt=14kA/us.
Bij VR=900V.
dv/dt=32,1 kV/us;di/dt=12,9kA/us.
Met het oog op ton=3us is de hoogfrequente oscillatie van de golfvorm intenser, en buiten het diodeveilige werkgebied mag de aan-tijd niet minder zijn dan 3us vanuit het oogpunt van de diode FWD.
In de specificatie van hoogspannings-3,3kV IGBT hierboven is de FWD-voorwaartse geleidingstijd ton duidelijk gedefinieerd en vereist, waarbij 2400A/3,3kV HE3 als voorbeeld wordt genomen en de minimale diodegeleidingstijd van 10us duidelijk als limiet is opgegeven. dat komt voornamelijk omdat de zwerfinductie van het systeemcircuit in toepassingen met hoog vermogen relatief groot is, de schakeltijd relatief lang is en de transiënt tijdens het openen van het apparaat gemakkelijk het maximaal toegestane diode-energieverbruik PRQM overschrijdt.
Bekijk de grafieken van de daadwerkelijke testgolfvormen en resultaten van de module en bespreek enkele basissamenvattingen.
1. De impact van de pulsbreedte ton op de IGBT-uitschakeling van de kleine stroom (ongeveer 1/10*Ic) is klein en kan feitelijk worden genegeerd.
2. De IGBT heeft een zekere afhankelijkheid van de pulsbreedte ton bij het uitschakelen van hoge stroom, hoe kleiner de ton, hoe hoger de spanningspiek V, en de uitschakelstroom zal abrupt veranderen en er zal hoogfrequente oscillatie optreden.
3. De FWD-kenmerken versnellen het omgekeerde herstelproces naarmate de aan-tijd korter wordt, en hoe korter de FWD-aan-tijd grote dv/dt en di/dt zal veroorzaken, vooral onder omstandigheden met lage stroomsterkte.Bovendien krijgen hoogspannings-IGBT's een duidelijke minimale inschakeltijd van de diode tonmin = 10us.
De daadwerkelijke testgolfvormen in het artikel hebben een minimale referentietijd gegeven om een rol te spelen.
Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. produceert en exporteert sinds 2010 verschillende kleine pick-and-place-machines. Door gebruik te maken van onze eigen rijke, ervaren R&D en goed opgeleide productie, verkrijgt NeoDen een geweldige reputatie bij klanten over de hele wereld.
Met een wereldwijde aanwezigheid in meer dan 130 landen maken de uitstekende prestaties, hoge nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van NeoDen PNP-machines ze perfect voor R&D, professionele prototyping en productie van kleine tot middelgrote series.Wij bieden een professionele oplossing voor one-stop-SMT-apparatuur.
Toevoegen:No.18, Tianzihu Avenue, Tianzihu Town, Anji County, Huzhou City, provincie Zhejiang, China
Telefoon:86-571-26266266
Posttijd: 24 mei 2022