Qu'est-ce que le phénomène du pouls étroit
En tant que sorte d'interrupteur d'alimentation, l'IGBT a besoin d'un certain temps de réaction entre le signal de niveau de porte et le processus de commutation de l'appareil, tout comme il est facile de serrer la main trop vite dans la vie pour commuter la porte, une impulsion d'ouverture trop courte peut provoquer une impulsion trop élevée. des pointes de tension ou des problèmes d'oscillation à haute fréquence.Ce phénomène se produit de temps en temps, car l'IGBT est piloté par des signaux modulés PWM haute fréquence.Plus le cycle de service est petit, plus il est facile de produire des impulsions étroites, et les caractéristiques de récupération inverse de la diode de renouvellement antiparallèle IGBT FWD deviennent plus rapides lors du renouvellement à commutation dure.Pour 1700V/1000A IGBT4 E4, la spécification dans la température de jonction Tvj.op = 150 ℃, le temps de commutation tdon = 0,6us, tr = 0,12us et tdoff = 1,3us, tf = 0,59us, la largeur d'impulsion étroite ne peut pas être inférieure que la somme des temps de commutation spécifiés.En pratique, en raison des différentes caractéristiques de charge telles que le photovoltaïque et le stockage d'énergie, lorsque le facteur de puissance est de +/- 1, l'impulsion étroite apparaîtra près du point zéro actuel, comme le générateur de puissance réactive SVG, le facteur de puissance du filtre actif APF de 0, l'impulsion étroite apparaîtra près du courant de charge maximum, l'application réelle du courant près du point zéro est plus susceptible d'apparaître sur l'oscillation à haute fréquence de la forme d'onde de sortie, des problèmes EMI s'ensuivent.
Phénomène d'impulsion étroite de la cause
D'après les principes fondamentaux des semi-conducteurs, la principale raison du phénomène d'impulsion étroite est due au fait que l'IGBT ou le FWD vient juste de commencer à s'allumer, et n'est pas immédiatement rempli de porteurs, lorsque le porteur s'est propagé lors de l'arrêt de l'IGBT ou de la puce à diode, par rapport au porteur complètement. rempli après l'arrêt, di / dt peut augmenter.La surtension de coupure de l'IGBT plus élevée correspondante sera générée sous l'inductance parasite de commutation, ce qui peut également provoquer un changement soudain du courant de récupération inverse de la diode et donc un phénomène de rupture.Cependant, ce phénomène est étroitement lié à la technologie des puces IGBT et FWD, à la tension et au courant des appareils.
Tout d'abord, nous devons partir du schéma classique à double impulsion. La figure suivante montre la logique de commutation de la tension, du courant et de la tension de commande de grille IGBT.À partir de la logique de commande de l'IGBT, il peut être divisé en temps d'arrêt d'impulsion étroit toff, qui correspond en fait au temps de conduction positif de la diode FWD, ce qui a une grande influence sur le courant de crête de récupération inverse et la vitesse de récupération, comme le point A. sur la figure, la puissance de crête maximale de la récupération inverse ne peut pas dépasser la limite de FWD SOA ;et un temps d'activation d'impulsion étroit en tonnes, cela a un impact relativement important sur le processus d'arrêt de l'IGBT, comme le point B de la figure, principalement les pointes de tension d'arrêt de l'IGBT et les oscillations de courant.
Mais une activation et une désactivation trop étroites du dispositif à impulsions causeront quels problèmes ?En pratique, quelle est la limite minimale raisonnable de largeur d’impulsion ?Ces problèmes sont difficiles à dériver des formules universelles pour calculer directement avec des théories et des formules, l'analyse théorique et la recherche sont également relativement limitées.De la forme d'onde de test réelle et des résultats pour voir le graphique pour parler, analyse et résumé des caractéristiques et des points communs de l'application, plus propices pour vous aider à comprendre ce phénomène, puis optimiser la conception pour éviter les problèmes.
Activation par impulsion étroite de l'IGBT
L'IGBT en tant que commutateur actif, utilisant des cas réels pour voir le graphique pour parler de ce phénomène, est plus convaincant, pour avoir des marchandises sèches matérielles.
En utilisant le module haute puissance IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 comme objet de test, les caractéristiques de désactivation de l'appareil lorsque la tonne change dans les conditions de Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 25 ℃, le rouge est le collecteur Ic, le bleu est la tension aux deux extrémités de l'IGBT Vce, le vert est la tension de commande Vge.Vge.la tonne d'impulsion diminue de 2us à 1,3us pour voir le changement de ce pic de tension Vcep, la figure suivante visualise progressivement la forme d'onde de test pour voir le processus de changement, notamment indiqué dans le cercle.
Lorsque ton change le courant Ic, dans la dimension Vce pour voir le changement de caractéristiques provoqué par ton.Les graphiques de gauche et de droite montrent les pics de tension Vce_peak à différents courants Ic dans les mêmes conditions Vce = 800 V et 1 000 V respectivement.d'après les résultats des tests respectifs, ton a un effet relativement faible sur les pointes de tension Vce_peak à de faibles courants ;lorsque le courant de coupure augmente, la coupure par impulsion étroite est sujette à des changements brusques de courant et provoque par la suite des pics de haute tension.En prenant les graphiques de gauche et de droite comme coordonnées à des fins de comparaison, ton a un plus grand impact sur le processus d'arrêt lorsque Vce et le courant Ic sont plus élevés et est plus susceptible d'avoir un changement soudain de courant.D'après le test pour voir cet exemple FF1000R17IE4, l'impulsion minimale est le temps le plus raisonnable, pas moins de 3us.
Y a-t-il une différence entre les performances des modules à courant élevé et des modules à courant faible sur cette question ?Prenons l'exemple du module moyenne puissance FF450R12ME3. La figure suivante montre le dépassement de tension lorsque la tonne change pour différents courants de test Ic.
Résultats similaires, l'effet de la tonne sur le dépassement de la tension de coupure est négligeable dans des conditions de faible courant inférieures à 1/10*Ic.Lorsque le courant est augmenté jusqu'au courant nominal de 450 A ou même au courant 2*Ic de 900 A, le dépassement de tension avec la largeur de la tonne est très évident.Afin de tester les performances des caractéristiques des conditions de fonctionnement dans des conditions extrêmes, 3 fois le courant nominal de 1350A, les pointes de tension ont dépassé la tension de blocage, étant intégrées dans la puce à un certain niveau de tension, indépendant de la largeur de la tonne. .
La figure suivante montre les formes d'onde de test de comparaison de ton=1us et 20us à Vce=700V et Ic=900A.D'après le test réel, la largeur d'impulsion du module à ton = 1us a commencé à osciller et la pointe de tension Vcep est de 80 V supérieure à ton = 20us.Par conséquent, il est recommandé que le temps d'impulsion minimum ne soit pas inférieur à 1us.
Activation par impulsion étroite FWD
Dans le circuit en demi-pont, l'impulsion de désactivation de l'IGBT toff correspond au temps d'activation FWD ton.La figure ci-dessous montre que lorsque le temps d'activation FWD est inférieur à 2us, le pic de courant inverse FWD augmentera au courant nominal de 450 A.Lorsque toff est supérieur à 2us, le courant de récupération inverse FWD de pointe reste fondamentalement inchangé.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 pour observer les caractéristiques des diodes haute puissance, en particulier dans des conditions de faible courant avec des changements de ton, la ligne suivante montre les conditions VR = 900 V, 1 200 V, dans les conditions de faible courant IF = 20 A de la comparaison directe des deux formes d'onde, il est clair que lorsque ton = 3us, l'oscilloscope n'a pas pu maintenir l'amplitude de cette oscillation haute fréquence.Cela prouve également que l'oscillation haute fréquence du courant de charge au-dessus du point zéro dans les applications de dispositifs haute puissance et le processus de récupération inverse de courte durée FWD sont étroitement liés.
Après avoir examiné la forme d'onde intuitive, utilisez les données réelles pour quantifier et comparer davantage ce processus.dv/dt et di/dt de la diode varient avec toff, et plus le temps de conduction FWD est petit, plus ses caractéristiques inverses deviendront rapides.Lorsque plus le VR aux deux extrémités du FWD est élevé, à mesure que l'impulsion de conduction de la diode devient plus étroite, sa vitesse de récupération inverse de la diode sera accélérée, en regardant spécifiquement les données en tonnes = 3us.
VR = 1200V quand.
dv/dt=44,3 kV/us ;di/dt=14kA/nous.
À VR=900V.
dv/dt=32,1 kV/us ;di/dt=12,9kA/us.
Compte tenu de ton = 3us, l'oscillation haute fréquence de la forme d'onde est plus intense, et au-delà de la zone de travail sûre de la diode, le temps de fonctionnement ne doit pas être inférieur à 3us du point de vue de la diode FWD.
Dans la spécification de l'IGBT haute tension 3,3 kV ci-dessus, le temps de conduction directe FWD a été clairement défini et requis, en prenant 2 400 A/3,3 kV HE3 comme exemple, le temps de conduction minimum de la diode de 10 us a été clairement donné comme limite, ce qui est principalement dû au fait que l'inductance parasite du circuit système dans les applications à haute puissance est relativement importante, le temps de commutation est relativement long et le transitoire dans le processus d'ouverture de l'appareil Il est facile de dépasser la consommation électrique maximale autorisée de la diode PRQM.
À partir des formes d'onde de test réelles et des résultats du module, examinez les graphiques et parlez de quelques résumés de base.
1. L'impact de la largeur d'impulsion en tonnes sur l'IGBT éteint le petit courant (environ 1/10 * Ic) est faible et peut en fait être ignoré.
2. L'IGBT a une certaine dépendance à la largeur d'impulsion tonne lors de la désactivation d'un courant élevé, plus la tonne est petite, plus la pointe de tension V est élevée, et le courant de désactivation changera brusquement et une oscillation à haute fréquence se produira.
3. Les caractéristiques FWD accélèrent le processus de récupération inverse à mesure que le temps de fonctionnement devient plus court, et plus le temps de fonctionnement FWD est court, ce qui entraînera des dv/dt et di/dt importants, en particulier dans des conditions de courant faible.De plus, les IGBT haute tension bénéficient d'un temps d'allumage minimum clair de la diode tonmin=10us.
Les formes d'onde de test réelles dans le document ont donné un certain temps minimum de référence pour jouer un rôle.
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Heure de publication : 24 mai 2022