Андрий Kolpakov (SEMIKRON Ltd.), Marcus Hermvil (SEMIKRON Int. GmbH)
порта функции и динамични характеристики IGBT
Драйвер за изолирани порта MOSFET / IGBT, като връзка между контролера и етапа на мощност е един от основните компоненти на устройството за реализация. Детайли на контролната верига се определя до голяма степен от параметрите на предавателя - количество на статична и динамична загуба, скорост на превключване, нивото на електромагнитни смущения. От тази гледна точка, изчисляването на режима на работа и избор на водача трябва да се обърне най-голямо внимание.
IGBT поведение при динамични условия е основно зависи от стойността на капацитет на порта, както и вътрешния и външния контур контрол импеданс.
Фигура 1 показва основната паразитни възел капацитет, нормализира в спецификациите:
А CGE - капацитет "врата - емитер";
КК - капацитет "колектор - емитер";
В CGC - капацитет "врата - колектор" (или Милър капацитет).
порта капацитет не се променя с температурата, и зависимостта им от напрежение "колектор-емитер" става по-изразен при по-ниски стойности на VCE. порта такса QG. стойности, определени CGC и CGE. Той е основен параметър при изчисляване на мощността, разсейвана от веригата за управление.
поведение IGBT, когато отваряте напълно определя от характеристиките на порта за зареждане. Опростена схема на напрежение "врата-емитер» VGE. Gate ток IG. Колектор ток IC и напрежение "колектор-емитер» VCE по време на прехода на транзистора в наситен положението, показано на фигура 2.
Фиг. 2. Опростена схема на метода за IGBT
Процес IGBT своя страна може да бъде разделена на три етапа, които са свързани с основната такса вход капацитет CGE на. зареждане на капацитет CGS Милър и най-накрая, общият размер на разходите CGE. ще насищане на транзистора.
Да разгледаме по-подробно процеса на превключване транзистор, който диаграми са показани на Фигура 2. В интервал от време t0 настъпва първоначално въвеждане заряд капацитет CGE затвора. За простота, ние приемаме, че таксата е постоянен ток, така че тази стъпка съответства на първия линейната част на VGE на покачване на напрежението. който продължава до периода t1. В този момент, портата напрежение достигне прага за задействане на VGE транзистор (ия). В зависимост от свойствата на транзистора и контрол импеданс верига, IG порта ток в тази част може да достигне стойности от няколко десетки ампера. Що се отнася до момента t1 напрежението на гейта е под прага на изпичане, няма ток колектор IC. и напрежение "колектор-емитер" VCE е равно на захранващото напрежение VCC.
След контролния сигнал става по-висока от стойността на прага, той започва да прелива IGBT, характеризираща се чрез увеличаване на текущата колектор за натоварването на гранична стойност (ICload). Това е вярно, когато се използва идеален диод на разлика в реалните схеми, амплитудата на тока в момента, когато няколко надвишава ICload. Причината за това е процес на обратно възстановяване на диод, при което се добавя възстановяване ток IRR към ЗК в диод транзитно време в непроводимо състояние. Ето защо VCE напрежението в целия интервал от време t1 е в застой.
След това портата сигнал шофиране достига стойност VGE (PL). носи името на "Милър плато", тя се поддържа в продължение на период от време t2 и t3. В същото етап след диод мощност боксьор започва рецесия колектор напрежение VCE. скорост, която dVCE / DT в момента t2 време е достатъчно високо. Това намалява t3 на интервал. през който транзистор влиза в наситено състояние. През цялото това време, в съответствие с графика, показана на фигура 1б, CCG Милър капацитет и увеличаване на зарядния ток IGS затвора част. който е отговорен за стабилизиране сигнал порта шофиране да VGE на ниво (PL).
В началото на интервал t4 време на транзистора е напълно включен и капацитета на CCG - изисква. Експоненциално разлагаща порта ток продължава да тече в CGE входния капацитет. регулиране на напрежението върху него, за да VGE максималната стойност (на). определя от контролната верига. В края на този етап стойността на VCE достига своя минимум, наречен VCEsat насищане напрежение.
При включване на транзистора описан процеса се извършват в обратен ред.
Измерване на характеристиките на печалба
Фигура 3а показва схема, която може да се използва за измерване на порта заплащане. Включване и изключване на IGBT, произведени от постоянен източник на ток + IG / -Ig.
Фиг. 3. а) схема за измерване на порта заряд, б) типична характеристика на порта VGE = F (т) «VGE = F (QG), в) характеристики екстраполация
Чрез транзистор се прилага за доставки VCC напрежение. амплитуда ICpulse колектор токов импулс е ограничен от РЛ стойност натоварване. Тъй като порта ток е стабилна, VGE напрежение варира линейно във всяка точка на времето, същото линейно в съответствие със съотношение QG = IG х Т е натрупване заплащане. Следователно, промяната на напрежението на порта е еквивалентно на характеристиките на затвора: VGE = F (т) «VGE = F (QG), както е показано на фигура 3b. Този метод за определяне на характеристики QG описано в документ IEC 60747-9, Ed.2: «полупроводникови устройства - дискретни устройства - Част 9: Изолирани порта биполярни транзистори (IGBT).
Ако транзистора е само положителен област характеристики спецификация, общата QG стойност може да бъде определена чрез екстраполация, както е показано на фигура 3в. Светло зелен правоъгълник представлява стойностите на квадрант нормализират в спецификациите. С паралелно транспортирането на зоната по графиката на стойност QG VG (изключен) характеристика може да се получи, подредени в квадранта 1 и 3.
QG такса порта също може да бъде определено чрез изчисляване въз основа на степента на CISS входния капацитет:
Коефициент капацитет KC порта се определя в съответствие с експресията KC = QG (DS) / (CIES х (VG (в) - VG (изключен))),
където QG (DS) - номинална стойност зареждане normable спецификации за даден контрол на напрежението VG (на) / VG (изключен).
и порта ток шофьор
Мощност, водачът за превключване на IGBT, е функция на превключване честота фута солена вода и енергия Е, необходимо за зареждане и разреждане на порта капацитети. Така контрол мощност верига изолирани порта PGD на (изход) се определя по следната формула: PGD (изход) = Е х фута солена вода.
От друга страна, стойността на E зависи от стойността на порта такса QG ДВГ и диференциално напрежение. Е = QG х (VGon - VGoff). Следователно, в резултат на експресията за определяне на водача мощност: PGD (изход) = QG х (VGon - VGoff) х фута солена вода.
Друг важен параметър е големината на порта ток IG. което трябва да бъде достатъчно за преминаването на по-горе споменатите контейнери, и по този начин да преминат IGBT. Фигура 4 показва как разпределя порта шофьор ток IGBT IG между входа капацитети CGE и CGC.
Минималната стойност на IG може да бъде изчислена както следва: IG = IGE + МПК = QG х фута солена вода.
На свой ред IGpeak порта ток пикова стойност. определяне на скоростта на презареждане QG. пряко влияе на скоростта на превключване на IGBT. Увеличаването на стойността намалява времето IGpeak т конте и изключване, съответно, и намалени загуби от комутацията. Това неизбежно се отразява на динамичните свойства на други важни IGBT, например, на степента на напрежение накрайник превключване на изключване, в зависимост от степента на затихване на настоящата ди / DT. От тази гледна точка, скорост увеличение на превключване е по-негативен фактор за намаляване на надеждността на устройството.
Теоретично връх порта ток се определя по формулата IGpeak = (VG (в) - VG (изключен)) / (RG + RG (междинно съединение)), където RG (междинно съединение) - вътрешен верига контрол импеданс, съдържащ резистор монтиран в модула за IGBT. На практика, амплитудата на тока е малко по-малък от изчисленото ниво се дължи на наличието на разпределени индуктивност на веригата за управление.
Максимално допустимото стойност на изходния ток като минималната стойност на RG. обикновено е посочено в описанието на водача. Моля, имайте предвид, че неспазването на изискванията за ограничаване на IGpeak гранична стойност може да причини увреждане на веригата за управление на системата.
При избора на порта диск IGBT устройства трябва да се вземат предвид следните изисквания:
- вторичен ток шофьор референтна стойност IGav трябва да бъде по-висока от тази стойност, и от максимално допустимата стойност на върховия ток IGpeak тя трябва да е равна или надвишава реалната стойност веригата за контрол на ограничен импеданс;
- контрол на изхода верига капацитет (капацитет инсталиран на храненето на крайното стъпало) трябва да може да съхранява заряд (Квебек = C × U), необходим за преминаване на IGBT;
Използване на формули и изрази над разработчик може да определи всички необходими параметри за контрол на затвора верига. За автоматизиране на този процес, експертите на компанията SEMIKRON разработени една проста програма DriverSEL, Ви дава възможност да се определят всички необходими параметри и да направи избор на подходящ драйвер.
Фиг. работен прозорец 5. програма DriverSel
За да се изчисли DriverSel трябва следната информация:
1. тип модул (в този случай SEMiX 653GD176HDc), където програмата получава от информацията на база данни за заряд QG затвора, работното напрежение и конфигурацията на модул;
2. Броят на паралелни модули - този брой да се определи общият размер на разходите на затвора, при която изчислява мощността, разсейвана от водача;
3. фута солена вода работна честота - като необходимата информация за определяне разсейването на мощност;
4. наименование порта резистор.
Ако изберете режим «дефинирани от потребителя Модул Параметри" на (модул параметри, зададени от потребителя), ще има допълнително меню, което се състои от три прозореца:
- Gate такса на модул (модул порта такса в дребноклетъчен белодробен карцином);
- Колектор - емитер напрежение (напрежение "колектор - емитер");
- Брой на превключвател на модул (модул номер на бутоните: един ключ 1-, 2- половината мост, 6- 3-фазен мост, 7- 3-фазен мост със спирачка хеликоптер).
За правилното функциониране DriverSel, той е длъжен да посочи двете стойности на таксата за врата: напрежение на транзистора 15 при отваряне и затваряне на напрежението -8 V.
Въведете необходимите данни, ще получите като резултат от препоръки «Предложения за шофьор SEMIKRON IGBT» във формата, показана в долната част на Фигура 2:
- Брой Drivers- необходима за номера на модула на контролните вериги (например, три половин мост драйвер за модул 3-фаза);
- IoutPEAK - пикова мощност водача текущата стойност, определена с формулата IoutPEAK = VGE / RG;
- IoutAVmax. RGmin. VS - средните текущи референтни стойности, минималната порта резистор и захранващото напрежение за вида на водача.
Програмата извежда наблюдението «подходящ драйвер не може да бъде намерен», ако за дадените условия не може да се избере правилно контролира устройство. Това може да се случи, ако общият размер на разходите порта е неприемливо високо (голям брой паралелни връзки модули) е твърде висока честота на превключване или каза порта резистор е по-малко от минималната възможна стойност.
2. Приложение Ръководство модули, SEMIKRON Международни
4. М. Hermwille, «Gate Resistor - Принцип и приложение», Заявление Забележка AN-7003, SEMIKRON
5. П. Bhosale, М. Hermwille, «Свързване на Gate Водачите на IGBT и Controller», Заявление Забележка AN-7002, SEMIKRON
6. IEC 60747-9, Ed.2: полупроводникови устройства - Дискретни устройства - Част 9: Изолирани порта биполярни транзистори (IGBTs)
7. М. Hermwille, IGBT драйвер за изчисление, Заявление Забележка AN-7004, SEMIKRON
Нов цифров IGBT шофьор
SEMIKRON компанията представи ново поколение IGBT устройства за контрол на порта. SKYPER® водач 52, който се основава на цифров сигнален процесор, позволява предаването на отделни контролни сигнали и сензорни сигнали, както и индивидуално регулиране на веригата на защита. Заявление SKYPER® 52 драйвер позволява по-лесно и по-евтино процес за разработване на мощни конвертиращи устройства и да се подобри надеждността на цялата система.
SKYPER® цифров шофьор 52 предназначен за управление на работно напрежение IGBT на 1200, и 1700 V. Когато мощност 9 W на канал и на изхода на върха ток до 50 А, тя е в състояние да работи с паралелно свързване на модулите, общият колектор ток, който е 9000 А. В допълнение SKYPER® 52 е подходяща за висока честота приложения, изискващи мощен устройство верига, която може да работи при честоти до 100 кХц. Изолация напрежение водача е 4 кВ, и портата от напрежение -15 V. Нивото на входните сигнали 3,3 и 5 (LVDS стандарт) дава възможност SKYPER® 52 е свързан директно към изхода на микроконтролера.
За компанията
Свързани статии