Ток IGBT в промышленных моторных приводах
IGBT защита от перегрузки по току
С точки зрения повреждения имущества или соображений безопасности защита IGBT от перегрузки по току является ключом к надежности системы. IGBT не являются отказоустойчивым компонентом. Если они выходят из строя, они могут привести к взрыву конденсатора шины постоянного тока и к неисправности всего драйвера. Защита от перегрузки по току обычно достигается путем измерения тока или обнаружения ненасыщенности. На рисунке 2 показаны эти советы.
Для измерения тока как на плече инвертора, так и на выходе фазы требуются измерительные устройства, такие как шунтирующие резисторы, для устранения ошибок пробоя и обмотки двигателя. Цепь отключения при быстром выполнении в контроллере и / или драйвере затвора должна своевременно отключать IGBT, чтобы предотвратить время выдержки короткого замыкания. Самым большим преимуществом этого метода является то, что он требует наличия двух измерительных устройств на каждом плече инвертора и оснащен всеми соответствующими цепями формирования и изоляции сигналов. Этого можно избежать, просто добавив шунтирующий резистор к положительной шине постоянного тока и отрицательной шине постоянного тока. Однако во многих случаях в архитектуре драйвера имеются либо шунтирующие резисторы, либо фазовые шунтирующие резисторы для обслуживания токовой петли управления и обеспечения защиты двигателя от перегрузки по току; они также возможны для защиты от сверхтоков IGBT - при условии, что время отклика формирования сигнала достаточно быстрое, чтобы защитить IGBT в течение требуемого времени выдержки при коротком замыкании.
Обнаружение десатурации использует сам IGBT в качестве элемента измерения тока. Диоды в схеме гарантируют, что напряжение коллектор-эмиттер IGBT контролируется только чувствительной цепью во время включения; во время нормальной работы напряжение коллектор-эмиттер очень низкое (обычно от 1 до 4 В). Однако, если происходит событие короткого замыкания, ток коллектора IGBT возрастает до уровня, который выводит IGBT из области насыщения в линейную рабочую область. Это приводит к быстрому росту напряжения коллектор-эмиттер. Нормальные уровни напряжения, описанные выше, могут использоваться для указания наличия короткого замыкания, в то время как пороговый уровень отключения по десатурации обычно находится в диапазоне от 7 до 9 В. Важно отметить, что десатурация может также означать, что напряжение затвор-эмиттер слишком низкое, и IGBT не полностью направлен в область насыщения. Будьте внимательны при выполнении развертывания обнаружения ненасыщенности, чтобы предотвратить ложный запуск. Это может особенно происходить во время перехода из выключенного состояния IGBT во включенное состояние IGBT, когда IGBT не полностью вошел в насыщение. Время гашения обычно находится между сигналом включения и временем активации обнаружения десатурации, чтобы избежать ложных обнаружений. Зарядный конденсатор источника тока или RC-фильтр также обычно добавляются для создания короткой постоянной времени в механизме обнаружения, чтобы отфильтровать пики фильтра, вызванные поглощением шума. При выборе этих компонентов фильтра требуется компромисс между помехоустойчивостью и временем выдержки IGBT.
После обнаружения перегрузки по току IGBT еще одной проблемой является отключение IGBT при аномально высоком уровне тока. При нормальных условиях работы драйвер затвора предназначен для максимально быстрого отключения IGBT, чтобы минимизировать потери при переключении. Это достигается за счет более низкого сопротивления драйвера и сопротивления привода затвора. Если для условий перегрузки по току применяется одинаковая частота отключения затвора, то коллектор / эмиттер di / dt будет намного больше, поскольку ток будет значительно различаться в течение более короткого периода времени. Паразитная индуктивность цепи коллектор-эмиттер из-за паразитной индуктивности соединения проводов и следов печатной платы может привести к тому, что большой уровень перенапряжения мгновенно достигнет IGBT (потому что VLSTRAY = LSTRAY × di / dt). Поэтому важно обеспечить путь отключения с высоким импедансом при отключении IGBT во время события десатурации, что может уменьшить di / dt и любые потенциально опасные уровни перенапряжения.
В дополнение к коротким замыканиям, вызванным сбоями системы, мгновенное сквозное прохождение инвертора также происходит при нормальных условиях эксплуатации. В это время проводимость IGBT требует, чтобы IGBT был направлен в область насыщения, где потери проводимости самые низкие. Обычно это означает, что напряжение затвор-эмиттер во включенном состоянии превышает 12 В. Отключение IGBT требует, чтобы IGBT был направлен в активную область отключения, чтобы успешно блокировать обратное высокое напряжение на IGBT на верхней стороне, когда он включен. В принципе, это может быть достигнуто путем снижения напряжения на затворе-эмиттере IGBT до 0 В. Тем не менее, необходимо учитывать побочные эффекты нижнего транзистора на плече инвертора при его включении.
Быстрое изменение напряжения на переключающем узле во время включения приводит к тому, что емкостный индуцированный ток протекает через низкочастотную IGBT-паразитную емкость затвор-коллектор Миллера (CGC на рисунке 3). Этот ток протекает через драйвер затвора нижней стороны (ZDRIVER на рисунке 3), чтобы отключить полное сопротивление, создавая переходное повышение напряжения на эмиттере затвора IGBT на нижней стороне, как показано. Если напряжение поднимается выше порогового напряжения VTH IGBT, это приведет к кратковременному включению IGBT на нижней стороне, что приведет к переходному переходу плеча переходного преобразователя, поскольку оба IGBT кратковременно включены. Как правило, это не разрушает IGBT, но может увеличить энергопотребление и повлиять на надежность.
В общем, есть два пути решения проблемы индуктивной проводимости инвертора IGBT - с помощью биполярного источника питания или дополнительного зажима Миллера. Возможность принимать биполярное питание на изолированной стороне драйвера затвора обеспечивает дополнительный запас для переходных процессов наведенного напряжения. Например, отрицательная шина –7,5 В указывает на то, что для определения побочной проводимости требуется переходное напряжение, превышающее 8,5 В. Этого достаточно, чтобы предотвратить случайную проводимость. Другой способ состоит в том, чтобы уменьшить сопротивление отключения схемы драйвера затвора в течение периода времени после завершения перехода отключения. Это называется схема зажима Миллера. Теперь емкостный ток протекает через цепь с низким импедансом, что, в свою очередь, уменьшает величину переходного напряжения. Использование асимметричных затворных резисторов для включения и выключения обеспечивает дополнительную гибкость для управления скоростью переключения. Все эти функции драйвера затвора оказывают положительное влияние на надежность и эффективность всей системы.
Если вы хотите купить пищевую машину, обратите внимание на двигатель кухонного комбайна.
