IGBT υπερέντασης σε βιομηχανικούς κινητήρες

IGBT υπερέντασης σε βιομηχανικούς κινητήρες

Προστασία υπερφόρτωσης IGBT

Όσον αφορά τη ζημία ιδιοκτησίας ή την ασφάλεια, η προστασία IGBT για συνθήκες υπερέντασης είναι το κλειδί για την αξιοπιστία του συστήματος. Τα IGBT δεν αποτελούν συστατικό ασφαλείας. Εάν αποτύχουν, μπορούν να προκαλέσουν εκρήξεις στον πυκνωτή διαύλου DC και να προκαλέσουν δυσλειτουργία ολόκληρου του προγράμματος οδήγησης. Η προστασία υπερέντασης επιτυγχάνεται συνήθως με ανίχνευση ρεύματος ή αποκορεσμού. Το σχήμα 2 δείχνει αυτές τις συμβουλές.

Για τη μέτρηση ρεύματος, τόσο ο βραχίονας αντιστροφέα όσο και η έξοδος φάσης απαιτούν συσκευές μέτρησης, όπως αντιστάσεις βραχυκυκλώματος, για να χειριστούν τα σφάλματα βλαστοί και τα σφάλματα περιέλιξης του κινητήρα. Το κύκλωμα απενεργοποίησης γρήγορης εκτέλεσης στον ελεγκτή και / ή στον οδηγό πύλης πρέπει να απενεργοποιήσει εγκαίρως το IGBT για να αποφευχθεί ο χρόνος αντοχής σε βραχυκύκλωμα. Το μεγαλύτερο όφελος αυτής της μεθόδου είναι ότι απαιτεί δύο συσκευές μέτρησης σε κάθε βραχίονα αντιστροφέα και είναι εξοπλισμένο με όλα τα σχετικά κυκλώματα κλιματισμού και απομόνωσης σήματος. Αυτό μπορεί να μετριαστεί με την απλή προσθήκη αντιστάσεως βραχυκύκλωσης στην θετική γραμμή διαύλου DC και την αρνητική γραμμή διαύλου DC. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις, υπάρχουν αντιστάσεις αντιστάθμισης βραχίονα στην αρχιτεκτονική του οδηγού ή αντιστάσεις διακλάδωσης φάσης για την εξυπηρέτηση του τρέχοντος βρόχου ελέγχου και παρέχουν προστασία υπερέντασης του κινητήρα. είναι επίσης δυνατή η προστασία υπερέντασης IGBT - υπό την προϋπόθεση ότι ο χρόνος απόκρισης κλιματισμού σήματος είναι αρκετά γρήγορος για να προστατεύσει το IGBT κατά τον απαιτούμενο χρόνο αντοχής σε βραχυκύκλωμα.

Η ανίχνευση αποκορεσμού χρησιμοποιεί το ίδιο το IGBT ως στοιχείο μέτρησης ρεύματος. Οι δίοδοι στο σχηματικό σχήμα εξασφαλίζουν ότι η τάση του συλλέκτη-εκπομπού IGBT παρακολουθείται μόνο από το κύκλωμα αισθητήρα κατά τη διάρκεια της ενεργοποίησης. κατά την κανονική λειτουργία, η τάση του συλλέκτη-εκπομπού είναι πολύ χαμηλή (τυπικά 1V έως 4V). Ωστόσο, σε περίπτωση συμβάντος βραχυκυκλώματος, το ρεύμα συλλέκτη IGBT αυξάνεται σε επίπεδο που οδηγεί το IGBT εκτός της περιοχής κορεσμού και στην περιοχή γραμμικής λειτουργίας. Αυτό προκαλεί ταχεία αύξηση της τάσης του συλλέκτη-εκπομπού. Τα κανονικά επίπεδα τάσης που περιγράφηκαν παραπάνω μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να υποδηλώνουν την ύπαρξη βραχυκυκλώματος, ενώ το επίπεδο κατωφλίου αποπάσωσης αποκορεσμού είναι τυπικά στην περιοχή 7V έως 9V. Είναι σημαντικό ότι ο αποκορεσμός μπορεί επίσης να σημαίνει ότι η τάση του πομπού-εκπομπού είναι πολύ χαμηλή και το IGBT δεν οδηγείται πλήρως στην περιοχή κορεσμού. Προσέξτε όταν εκτελείτε την ανίχνευση αποκορεσμού για να αποτρέψετε την εσφαλμένη ενεργοποίηση. Αυτό μπορεί να συμβεί ιδιαίτερα κατά τη μετάβαση από την κατάσταση εκτός λειτουργίας IGBT στην κατάσταση IGBT όταν η IGBT δεν έχει εισάγει πλήρως τον κορεσμό. Ο χρόνος διαγραφής είναι συνήθως μεταξύ του σήματος ενεργοποίησης και του χρόνου ενεργοποίησης της ανίχνευσης αποκορεσμού για την αποφυγή ψευδών ανιχνεύσεων. Ένας πυκνωτής φορτίσεως πηγής ρεύματος ή φίλτρο RC προστίθεται επίσης τυπικά για να δημιουργηθεί μια σύντομη χρονική σταθερά στον μηχανισμό ανίχνευσης για να φιλτράρει τα σπιρούνια φίλτρου που προκαλούνται από τη λήψη θορύβου. Όταν επιλέγετε αυτά τα εξαρτήματα φίλτρου, απαιτείται αντιστάθμιση μεταξύ της ανοσίας του θορύβου και του χρόνου αντοχής βραχυκυκλώματος IGBT.

Μετά την ανίχνευση ενός υπερβολικού ρεύματος IGBT, μια ακόμη πρόκληση είναι να απενεργοποιήσετε το IGBT σε ένα ασυνήθιστα υψηλό επίπεδο ρεύματος. Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, ο οδηγός πύλης έχει σχεδιαστεί για να απενεργοποιεί το IGBT όσο το δυνατόν γρηγορότερα για να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες μεταγωγής. Αυτό επιτυγχάνεται με χαμηλότερη αντίσταση οδηγού και αντίσταση κίνησης πύλης. Εάν ο ίδιος ρυθμός απενεργοποίησης της πύλης εφαρμόζεται για συνθήκες υπερέντασης, ο συλλέκτης / εκπομπός di / dt θα είναι πολύ μεγαλύτερος επειδή το ρεύμα θα ποικίλει σημαντικά σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Η παρασιτική επαγωγή του κυκλώματος συλλέκτη-εκπομπού λόγω της αδέσποτης αυτεπαγωγής του συνδέσμου σύρματος και των ιχνών PCB μπορεί να προκαλέσει ένα μεγάλο επίπεδο υπέρτασης ώστε να φτάσει στιγμιαία στο IGBT (επειδή VLSTRAY = LSTRAY × di / dt). Συνεπώς, είναι σημαντικό να παρέχετε μια διαδρομή απενεργοποίησης υψηλής σύνθετης αντίστασης όταν απενεργοποιείτε το IGBT κατά τη διάρκεια ενός γεγονότος αποκορεσμού, το οποίο μπορεί να μειώσει το di / dt και οποιαδήποτε ενδεχομένως επιβλαβή επίπεδα υπέρτασης.

Εκτός από τα βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από αστοχίες του συστήματος, η στιγμιαία μετατόπιση του μετατροπέα συμβαίνει επίσης υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Αυτή τη στιγμή, η αγωγιμότητα IGBT απαιτεί το IGBT να οδηγηθεί στην περιοχή κορεσμού όπου η απώλεια αγωγιμότητας είναι η χαμηλότερη. Αυτό συνήθως σημαίνει ότι η τάση του πομπού-εκπομπού στην κατάσταση ενεργοποίησης είναι μεγαλύτερη από 12V. Η απενεργοποίηση IGBT απαιτεί το IGBT να οδηγηθεί στην ενεργή περιοχή αποκοπής για να μπλοκάρει επιτυχώς την αντίστροφη υψηλή τάση σε όλο το IGBT της υψηλής πλευράς όταν είναι ενεργοποιημένη. Κατ 'αρχήν, αυτό μπορεί να επιτευχθεί μειώνοντας την τάση του IGBT πομπού-εκπομπού σε 0V. Ωστόσο, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι παρενέργειες του τρανζίστορ χαμηλού άκρου στο βραχίονα του μετατροπέα όταν είναι ενεργοποιημένη.

Μία γρήγορη αλλαγή στην τάση στον κόμβο μεταγωγής κατά τη διάρκεια της ενεργοποίησης προκαλεί τη ροή του επαγόμενου από το χωρητικό ρεύμα μέσω της παρασιτικής χωρητικότητας συλλέκτη πύλης Miller χαμηλού τέλους (CGC στο σχήμα 3). Αυτό το ρεύμα ρέει μέσω του οδηγού πύλης χαμηλής πλευράς (ZDRIVER στην Εικόνα 3) για να απενεργοποιήσει την σύνθετη αντίσταση, δημιουργώντας μια μεταβατική αύξηση τάσης στον πομπό πύλης IGBT χαμηλής πλευράς, όπως φαίνεται. Εάν η τάση ανεβαίνει πάνω από την τάση κατωφλίου VTH της IGBT, αυτό θα προκαλέσει σύντομη ενεργοποίηση του IGBT χαμηλής πλευράς, με αποτέλεσμα ένα μεταβατικό πέρασμα του βραχίονα αναστροφέα - επειδή και οι δύο IGBT ενεργοποιούνται για λίγο. Αυτό γενικά δεν καταστρέφει το IGBT, αλλά μπορεί να αυξήσει την κατανάλωση ενέργειας και να επηρεάσει την αξιοπιστία.

Γενικά, υπάρχουν δύο τρόποι επίλυσης του προβλήματος επαγωγικής αγωγιμότητας του μετατροπέα IGBT - χρησιμοποιώντας μια διπολική παροχή ρεύματος ή έναν πρόσθετο σφιγκτήρα Miller. Η δυνατότητα αποδοχής διπολικής τροφοδοσίας στην απομονωμένη πλευρά του οδηγού πύλης παρέχει πρόσθετο περιθώριο για μεταβατικές τάσεις επαγωγής. Για παράδειγμα, μια -7.5V αρνητική σιδηροτροχιά υποδεικνύει ότι μια μεταβατική τάση επαγόμενης τάσης μεγαλύτερη από 8.5V απαιτείται για την ανίχνευση παρασιτικής αγωγής. Αυτό αρκεί για να αποφευχθεί η αδέσποτη αγωγή. Μια άλλη μέθοδος είναι η μείωση της σύνθετης αντίστασης του κυκλώματος του οδηγού πύλης για μια χρονική περίοδο μετά την ολοκλήρωση της μετάβασης. Αυτό ονομάζεται κύκλωμα σφιγκτήρα Miller. Το χωρητικό ρεύμα ρέει τώρα μέσω του κυκλώματος χαμηλής σύνθετης αντίστασης, το οποίο με τη σειρά του μειώνει το μέγεθος της μεταβατικής τάσης. Η χρήση ασύμμετρων αντιστάσεων πύλης για ενεργοποίηση και απενεργοποίηση παρέχει επιπλέον ευελιξία για τον έλεγχο του ρυθμού μετάδοσης. Όλες αυτές οι λειτουργίες οδηγού πύλης έχουν θετικό αντίκτυπο στην αξιοπιστία και την αποτελεσματικότητα του συνολικού συστήματος.

Εάν θέλετε να αγοράσετε μια μηχανή επεξεργασίας τροφίμων, παρακαλούμε να προσέχετε τον κινητήρα του επεξεργαστή τροφίμων.