Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 5’2010<br />
Сило<strong>в</strong>ая элементная база<br />
Рис. 7. Акти<strong>в</strong>ное ограничение напряжения<br />
на коллекторе IGBT<br />
Пода<strong>в</strong>ление коммутационных <strong>в</strong>сплеско<strong>в</strong> может<br />
осущест<strong>в</strong>ляться <strong>в</strong> режиме т. н. акти<strong>в</strong>ного<br />
ограничения, когда недопустимое по<strong>в</strong>ышение<br />
сигнала на коллекторе при<strong>в</strong>одит к отпиранию<br />
IGBT (рис. 7). Подобная схема реализуется с помощью<br />
цепочки импульсных стабилитроно<strong>в</strong>,<br />
устана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>аемых между коллектором и зат<strong>в</strong>ором<br />
транзистора. Суммарное напряжение стабилитроно<strong>в</strong><br />
определяет уро<strong>в</strong>ень сигнала, при<br />
котором начинается ограничение. Недостатком<br />
данного метода я<strong>в</strong>ляется то, что <strong>в</strong>ся энергия,<br />
запасенная <strong>в</strong> паразитных индукти<strong>в</strong>ностях<br />
(L S ×I 2 /2), рассеи<strong>в</strong>ается <strong>в</strong> транзисторе, переходящем<br />
<strong>в</strong> линейный режим. Воздейст<strong>в</strong>ие подобных<br />
тепло<strong>в</strong>ых ударо<strong>в</strong> при<strong>в</strong>одит к ускоренному<br />
старению материало<strong>в</strong> модуля и сокращению<br />
его ресурса. Кроме того, режим акти<strong>в</strong>ного ограничения<br />
часто сопро<strong>в</strong>ождается <strong>в</strong>ысокочастотным<br />
дребезгом на зат<strong>в</strong>оре.<br />
Более изящным решением, реализо<strong>в</strong>анным<br />
<strong>в</strong> но<strong>в</strong>ейшем цифро<strong>в</strong>ом драй<strong>в</strong>ере SKYPER 52<br />
произ<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>а SEMIKRON, я<strong>в</strong>ляется использо<strong>в</strong>ание<br />
режима «интеллектуального отключения»<br />
IntelliOff. Схема упра<strong>в</strong>ления IntelliOff<br />
поз<strong>в</strong>оляет изменять скорость разряда емкостей<br />
зат<strong>в</strong>ора <strong>в</strong> процессе <strong>в</strong>ыключения IGBT.<br />
Принцип ее работы поясняется графиками,<br />
при<strong>в</strong>еденными на рис. 8.<br />
При поступлении на <strong>в</strong>ход драй<strong>в</strong>ера сигнала<br />
<strong>в</strong>ыключения сило<strong>в</strong>ого транзистора, он формирует<br />
на зат<strong>в</strong>оре отрицательное напряжение V GEoff ,<br />
при<strong>в</strong>одящее к акти<strong>в</strong>ному разряду <strong>в</strong>ходной C GE<br />
и обратной емкости C GC . Для ускорения процесса<br />
<strong>в</strong>ыключения IGBT он начинается при минимальном<br />
значении резистора зат<strong>в</strong>ора R Goff , ток<br />
зат<strong>в</strong>ора I G при этом достигает с<strong>в</strong>оего предельного<br />
значения (интер<strong>в</strong>ал <strong>в</strong>ремени t 0 ). После того как<br />
сигнал упра<strong>в</strong>ления зат<strong>в</strong>ором уменьшится до порого<strong>в</strong>ого<br />
значения, начинается рост напряжения<br />
«коллектор–эмиттер» V CE . Вследст<strong>в</strong>ие обратной<br />
с<strong>в</strong>язи за счет эффекта Миллера V GE при этом стабилизируется<br />
на уро<strong>в</strong>не V GE(pl) до окончания интер<strong>в</strong>ала<br />
t 1 . Схема IntelliOff поз<strong>в</strong>оляет сократить<br />
длительность «плато Миллера» за счет <strong>в</strong>ысокой<br />
скорости разряда Q g .<br />
После того как прекратится компенсирующее<br />
дейст<strong>в</strong>ие тока зат<strong>в</strong>ора, на<strong>в</strong>еденного через<br />
емкость Миллера, начинается резкий спад тока<br />
коллектора I C , сопро<strong>в</strong>ождаемый <strong>в</strong>сплеском напряжения<br />
V CE (интер<strong>в</strong>ал <strong>в</strong>ремени t 2 ). В этот момент<br />
схема упра<strong>в</strong>ления зат<strong>в</strong>ором у<strong>в</strong>еличи<strong>в</strong>ает<br />
значение R Goff , снижая таким образом скорость<br />
изменения тока di/dt. При пра<strong>в</strong>ильном <strong>в</strong>ыборе<br />
Рис. 8. Режим акти<strong>в</strong>ной защиты от перенапряжений IntelliOff<br />
соотношения сопроти<strong>в</strong>лений зат<strong>в</strong>ора описанный<br />
алгоритм упра<strong>в</strong>ления IntelliOff обеспечи<strong>в</strong>ает<br />
быстрое и безопасное запирание IGBT при<br />
минимальном уро<strong>в</strong>не динамических потерь<br />
и перенапряжения. Но<strong>в</strong>ая концепция упра<strong>в</strong>ления<br />
зат<strong>в</strong>орами особенно <strong>в</strong>остребо<strong>в</strong>ана для но<strong>в</strong>ых<br />
поколений IGBT, отличающихся <strong>в</strong>ысокими<br />
скоростями переключения и жесткими требо<strong>в</strong>аниями<br />
по режимам перегрузки. Переход на тонкопленочные<br />
технологии потребо<strong>в</strong>ал сокращения<br />
нормиро<strong>в</strong>анного <strong>в</strong>ремени КЗ с 10 до 6 мкс,<br />
что с<strong>в</strong>язано со сложностью рассеяния большой<br />
энергии, запасаемой <strong>в</strong> режиме перегрузки <strong>в</strong> тонкопленочных<br />
чипах. Оче<strong>в</strong>идно, что концепция<br />
IntelliOff имеет <strong>в</strong> этом плане неоспоримые<br />
преимущест<strong>в</strong>а, поскольку не создает <strong>в</strong> режиме<br />
КЗ дополнительных потерь мощности, неизбежных<br />
<strong>в</strong> режиме акти<strong>в</strong>ного ограничения.<br />
Заключение<br />
Одной из <strong>в</strong>ажнейших функций схемы<br />
упра<strong>в</strong>ления зат<strong>в</strong>орами IGBT я<strong>в</strong>ляется безопасное<br />
и быстрое отключение сило<strong>в</strong>ого каскада<br />
<strong>в</strong> случае токо<strong>в</strong>ой перегрузки. Концепция построения<br />
«идеальной» схемы защиты за<strong>в</strong>исит<br />
от конкретного применения, диапазона<br />
мощности и усло<strong>в</strong>ий эксплуатации сило<strong>в</strong>ого<br />
преобразо<strong>в</strong>ателя. Механизмы <strong>в</strong>озникно<strong>в</strong>ения<br />
отказо<strong>в</strong> могут отличаться для различных систем,<br />
поэтому они должны быть проанализиро<strong>в</strong>аны<br />
на этапе проектиро<strong>в</strong>ания с учетом<br />
указанных факторо<strong>в</strong>.<br />
Использо<strong>в</strong>ание драй<strong>в</strong>ера зат<strong>в</strong>оро<strong>в</strong> для постоянной<br />
коррекции режимо<strong>в</strong> работы не я<strong>в</strong>ляется<br />
рациональным решением и <strong>в</strong>едет к снижению<br />
надежности. Функция интеллектуального отключения<br />
IntelliOff поз<strong>в</strong>оляет решить задачу<br />
ограничения коммутационных <strong>в</strong>ыбросо<strong>в</strong> при<br />
отключении тока КЗ и одно<strong>в</strong>ременно снизить<br />
энергию потерь <strong>в</strong>ыключения. При этом мониторинг<br />
напряжения насыщения V CEsat остается<br />
самым надежным способом <strong>в</strong>ыя<strong>в</strong>ления состояния<br />
токо<strong>в</strong>ой перегрузки. Этот метод имеет ряд<br />
оче<strong>в</strong>идных преимущест<strong>в</strong> перед детектиро<strong>в</strong>анием<br />
di/dt, гла<strong>в</strong>ным из которых я<strong>в</strong>ляется простота<br />
адаптации к конкретной схеме применения<br />
и параметрам сило<strong>в</strong>ого модуля.<br />
Разработчики схем упра<strong>в</strong>ления изолиро<strong>в</strong>анными<br />
зат<strong>в</strong>орами предлагают множест<strong>в</strong>о <strong>в</strong>арианто<strong>в</strong><br />
защиты, отличающихся набором базо<strong>в</strong>ых<br />
функций, сер<strong>в</strong>исом, <strong>в</strong>озможностями настройки.<br />
При использо<strong>в</strong>ании простейших<br />
драй<strong>в</strong>еро<strong>в</strong> часть функций защиты приходится<br />
переда<strong>в</strong>ать упра<strong>в</strong>ляющему контроллеру, как<br />
пра<strong>в</strong>ило, способному реагиро<strong>в</strong>ать только<br />
на «медленные» а<strong>в</strong>арийные состояния. С другой<br />
стороны, применение избыточных систем<br />
защиты зачастую при<strong>в</strong>одит к чрезмерному<br />
усложнению и удорожанию кон<strong>в</strong>ертора. Для<br />
поиска оптимального с экономической и технической<br />
точки зрения решения разработчик<br />
преобразо<strong>в</strong>ательной системы должен понимать<br />
механизмы <strong>в</strong>озникно<strong>в</strong>ения перегрузок<br />
и оцени<strong>в</strong>ать их опасность <strong>в</strong> за<strong>в</strong>исимости<br />
от конкретных усло<strong>в</strong>ий работы.<br />
Литература<br />
1. www.semikron.com<br />
2. Колпако<strong>в</strong> А. Драй<strong>в</strong>еры MOSFET/IGBT —<br />
идеология ядра // Электронные компоненты.<br />
2006. № 6.<br />
3. Колпако<strong>в</strong> А. SKYPER 52 — цифро<strong>в</strong>ой драй<strong>в</strong>ер<br />
для применений <strong>в</strong>ысокой мощности //<br />
Сило<strong>в</strong>ая <strong>электроника</strong>. 2008. № 3.<br />
44 www.power-e.ru
Change language