شرح ظاهرة النبض الضيق IGBT

ما هي ظاهرة النبض الضيق

كنوع من مفاتيح الطاقة، يحتاج IGBT إلى وقت رد فعل معين من إشارة مستوى البوابة إلى عملية تبديل الجهاز، تمامًا كما أنه من السهل الضغط على اليد بسرعة كبيرة جدًا في الحياة لتبديل البوابة، وقد يؤدي نبض الفتح القصير جدًا إلى ارتفاع كبير جدًا ارتفاع الجهد أو مشاكل التذبذب عالية التردد.تحدث هذه الظاهرة بلا حول ولا قوة من وقت لآخر حيث يتم تشغيل IGBT بواسطة إشارات عالية التردد معدلة بـ PWM.كلما كانت دورة التشغيل أصغر، أصبح من الأسهل إخراج نبضات ضيقة، وأصبحت خصائص الاسترداد العكسي لصمام ثنائي التجديد المضاد للتوازي IGBT FWD أسرع أثناء التجديد بالتبديل الصعب.إلى 1700 فولت/1000 أمبير IGBT4 E4، المواصفات في درجة حرارة الوصلة Tvj.op = 150 درجة مئوية، وقت التبديل tdon = 0.6us، tr = 0.12us وtdoff = 1.3us، tf = 0.59us، لا يمكن أن يكون عرض النبض الضيق أقل من مجموع وقت تبديل المواصفات.من الناحية العملية، نظرًا لخصائص الحمل المختلفة مثل الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة بشكل كبير عندما يكون عامل الطاقة + / - 1، سيظهر النبض الضيق بالقرب من نقطة الصفر الحالية، مثل مولد الطاقة التفاعلي SVG، وعامل طاقة المرشح النشط APF البالغ 0، سيظهر النبض الضيق بالقرب من الحد الأقصى لتيار الحمل، ومن المرجح أن يظهر التطبيق الفعلي للتيار بالقرب من نقطة الصفر على التذبذب عالي التردد لشكل موجة الإخراج، وستنشأ مشاكل EMI.

ظاهرة النبض الضيق للسبب

من أساسيات أشباه الموصلات، يرجع السبب الرئيسي لظاهرة النبض الضيق إلى أن IGBT أو FWD بدأ للتو في التشغيل، ولم يتم ملؤه على الفور بالناقلات، عندما ينتشر الناقل عند إيقاف تشغيل IGBT أو شريحة الصمام الثنائي، مقارنة بالحامل تمامًا شغل بعد الاغلاق، دي / دينارا قد تزيد.سيتم إنشاء الجهد الزائد المقابل لإيقاف تشغيل IGBT تحت الحث الضال للتبديل، والذي قد يتسبب أيضًا في تغيير مفاجئ في تيار الاسترداد العكسي للصمام الثنائي وبالتالي ظاهرة الانقطاع.ومع ذلك، ترتبط هذه الظاهرة ارتباطًا وثيقًا بتكنولوجيا شرائح IGBT وFWD وجهد الجهاز والتيار.

أولاً، علينا أن نبدأ من مخطط النبض المزدوج الكلاسيكي، ويوضح الشكل التالي منطق التبديل لجهد محرك بوابة IGBT والتيار والجهد.من منطق القيادة لـ IGBT، يمكن تقسيمها إلى وقت إيقاف نبضي ضيق، والذي يتوافق في الواقع مع وقت التوصيل الإيجابي للطن من الصمام الثنائي FWD، والذي له تأثير كبير على ذروة الاسترداد العكسي وسرعة الاسترداد، مثل النقطة A في الشكل، لا يمكن أن تتجاوز الطاقة القصوى للاسترداد العكسي حد FWD SOA؛ووقت تشغيل النبض الضيق للطن، يكون لهذا تأثير كبير نسبيًا على عملية إيقاف تشغيل IGBT، مثل النقطة B في الشكل، وخاصة ارتفاع جهد إيقاف IGBT والتذبذبات الزائدة الحالية.

ولكن تشغيل جهاز النبض الضيق جدًا، سيؤدي إلى إيقاف التشغيل ما هي المشاكل؟من الناحية العملية، ما هو الحد الأدنى لعرض النبضة المعقول؟يصعب استخلاص هذه المسائل من خلال صيغ عالمية لحسابها مباشرة باستخدام النظريات والصيغ، كما أن التحليل والبحث النظري صغير نسبيًا.من شكل موجة الاختبار الفعلي والنتائج، يمكنك رؤية الرسم البياني للتحدث والتحليل وملخص الخصائص والقواسم المشتركة للتطبيق، وهو أكثر ملاءمة لمساعدتك على فهم هذه الظاهرة، ومن ثم تحسين التصميم لتجنب المشاكل.

IGBT تشغيل النبض الضيق

IGBT كمفتاح نشط، يعد استخدام الحالات الفعلية لرؤية الرسم البياني للتحدث عن هذه الظاهرة أكثر إقناعًا للحصول على بعض السلع الجافة المادية.

باستخدام وحدة الطاقة العالية IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 ككائن اختبار، يتم إيقاف تشغيل الجهاز عندما يتغير الطن في ظل ظروف Vce=800V، Ic=500A، Rg=1.7Ω Vge=+/-15V، Ta= 25 درجة مئوية، الأحمر هو المجمع Ic، الأزرق هو الجهد عند طرفي IGBT Vce، الأخضر هو جهد المحرك Vge.Vge.تتناقص طن النبضة من 2us إلى 1.3us لرؤية تغير ارتفاع الجهد Vcep، والشكل التالي يصور شكل موجة الاختبار بشكل تدريجي لرؤية عملية التغيير، خاصة الموضحة في الدائرة.

عندما يغير طن Ic الحالي، في البعد Vce لرؤية التغيير في الخصائص الناجم عن طن.يوضح الرسمان البيانيان الأيسر والأيمن ارتفاعات الجهد Vce_peak عند تيارات مختلفة Ic تحت نفس الظروف Vce=800V و1000V على التوالي.من نتائج الاختبار ذات الصلة، للطن تأثير صغير نسبيًا على ارتفاعات الجهد Vce_peak عند التيارات الصغيرة؛عندما يزيد تيار إيقاف التشغيل، يكون إيقاف النبض الضيق عرضة للتغيرات المفاجئة في التيار ويؤدي بالتالي إلى ارتفاع الجهد العالي.بأخذ الرسوم البيانية اليمنى واليسرى كإحداثيات للمقارنة، يكون للطن تأثير أكبر على عملية إيقاف التشغيل عندما يكون Vce والتيار Ic أعلى، ومن المرجح أن يكون هناك تغيير مفاجئ في التيار.من الاختبار لرؤية هذا المثال FF1000R17IE4، الحد الأدنى للطن النبض في الوقت الأكثر معقولية لا يقل عن 3us.

هل هناك فرق بين أداء الوحدات ذات التيار العالي والوحدات ذات التيار المنخفض في هذه المشكلة؟خذ وحدة الطاقة المتوسطة FF450R12ME3 كمثال، ويوضح الشكل التالي تجاوز الجهد عندما يتغير الطن لتيارات اختبار مختلفة Ic.

نتائج مماثلة، فإن تأثير الطن على تجاوز جهد إيقاف التشغيل يكون ضئيلًا في ظروف التيار المنخفض أقل من 1/10*Ic.عندما يتم زيادة التيار إلى التيار المقنن 450A أو حتى 2*Ic تيار 900A، فإن تجاوز الجهد مع عرض الطن يكون واضحًا جدًا.من أجل اختبار أداء خصائص ظروف التشغيل في ظل الظروف القاسية، 3 أضعاف التيار المقدر بـ 1350 أمبير، تجاوزت طفرات الجهد جهد الحجب، حيث تم تضمينها في الشريحة عند مستوى جهد معين، بشكل مستقل عن عرض الطن .

يوضح الشكل التالي أشكال موجية اختبار المقارنة للطن=1us و20us عند Vce=700V وIc=900A.من الاختبار الفعلي، بدأ عرض نبض الوحدة عند طن = 1us في التأرجح، وكان ارتفاع الجهد Vcep أعلى بمقدار 80 فولت من طن = 20us.لذلك، يوصى بألا يقل الحد الأدنى لوقت النبض عن 1us.

تشغيل النبض الضيق FWD

في دائرة نصف الجسر، يتوافق نبض إيقاف تشغيل IGBT مع وقت تشغيل الدفع الأمامي (FWD) بالطن.يوضح الشكل أدناه أنه عندما يكون وقت تشغيل الدفع الأمامي أقل من 2us، فإن ذروة التيار العكسي للدفع الأمامي ستزداد عند التيار المقدر بـ 450 أمبير.عندما يكون toff أكبر من 2us، فإن ذروة تيار الاسترداد العكسي FWD لا تتغير بشكل أساسي.

IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 لمراقبة خصائص الثنائيات عالية الطاقة، خاصة في ظل ظروف التيار المنخفض مع تغيرات الطن، يوضح الصف التالي ظروف VR = 900V، 1200V، في ظروف التيار الصغير IF = 20A للمقارنة المباشرة من بين الشكلين الموجيين، من الواضح أنه عندما يكون طن = 3us، لم يتمكن راسم الذبذبات من الاحتفاظ بسعة هذا التذبذب عالي التردد.وهذا يثبت أيضًا أن التذبذب عالي التردد لتيار الحمل فوق نقطة الصفر في تطبيقات الأجهزة عالية الطاقة وعملية الاسترداد العكسي قصيرة المدى FWD مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.

بعد النظر إلى الشكل الموجي البديهي، استخدم البيانات الفعلية لمزيد من القياس الكمي لهذه العملية ومقارنتها.يختلف dv/dt وdi/dt في الصمام الثنائي باختلاف toff، وكلما كان وقت التوصيل FWD أصغر، أصبحت خصائصه العكسية أسرع.عندما يكون VR أعلى عند طرفي الدفع الأمامي، حيث يصبح نبض توصيل الصمام الثنائي أضيق، سيتم تسريع سرعة الاسترداد العكسي للصمام الثنائي، وبالتحديد النظر في البيانات في ظروف طن = 3us.

VR = 1200 فولت متى.

dv/dt=44.3kV/us;دي/دت=14 كيلو أمبير/لنا.

عند VR = 900 فولت.

dv/dt=32.1kV/us;دي/دت=12.9 كيلو أمبير/لنا.

في ضوء طن = 3us، يكون التذبذب عالي التردد على شكل موجة أكثر كثافة، وخارج منطقة العمل الآمنة للديود، يجب ألا يقل وقت التشغيل عن 3us من وجهة نظر الصمام الثنائي FWD.

في مواصفات IGBT ذات الجهد العالي 3.3 كيلو فولت أعلاه، تم تحديد طن وقت التوصيل الأمامي للدفع الأمامي بشكل واضح ومطلوب، مع أخذ 2400 أمبير / 3.3 كيلو فولت HE3 كمثال، وقد تم تحديد الحد الأدنى لوقت توصيل الصمام الثنائي وهو 10us بوضوح كحد أقصى، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الحث الضال لدائرة النظام في التطبيقات عالية الطاقة كبير نسبيًا، ووقت التبديل طويل نسبيًا، ومن السهل تجاوز الحد الأقصى المسموح به لاستهلاك طاقة الصمام الثنائي PRQM أثناء عملية فتح الجهاز.

من الأشكال الموجية للاختبار الفعلي ونتائج الوحدة، انظر إلى الرسوم البيانية وتحدث عن بعض الملخصات الأساسية.

1. إن تأثير طن عرض النبض على تيار IGBT لإيقاف التيار الصغير (حوالي 1/10*Ic) صغير ويمكن تجاهله بالفعل.

2. لدى IGBT اعتماد معين على طن عرض النبض عند إيقاف التيار العالي، فكلما كان الطن أصغر كلما زاد ارتفاع الجهد V، وسوف يتغير تيار إيقاف التشغيل فجأة وسيحدث تذبذب عالي التردد.

3. تعمل خصائص FWD على تسريع عملية الاسترداد العكسي حيث يصبح وقت التشغيل أقصر، وكلما قصر وقت FWD سيؤدي إلى ارتفاع dv/dt وdi/dt، خاصة في ظل ظروف التيار المنخفض.بالإضافة إلى ذلك، يتم منح IGBTs ذات الجهد العالي حدًا أدنى واضحًا لوقت تشغيل الصمام الثنائي tomin=10us.

أعطت أشكال موجية الاختبار الفعلية في الورقة بعض الوقت المرجعي الأدنى للعب دور ما.

تقوم شركة Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd. بتصنيع وتصدير العديد من آلات الالتقاط والوضع الصغيرة منذ عام 2010. وبالاستفادة من البحث والتطوير الغني ذي الخبرة والإنتاج المدرب جيدًا، فازت NeoDen بسمعة كبيرة من العملاء في جميع أنحاء العالم.

بفضل التواجد العالمي في أكثر من 130 دولة، فإن الأداء الممتاز والدقة العالية والموثوقية لآلات NeoDen PNP تجعلها مثالية للبحث والتطوير والنماذج الأولية الاحترافية وإنتاج الدفعات الصغيرة إلى المتوسطة.نحن نقدم حلًا احترافيًا لمعدات SMT ذات المحطة الواحدة.

يضيف:رقم 18، شارع تيانزيهو، مدينة تيانزيهو، مقاطعة أنجي، مدينة هوتشو، مقاطعة تشجيانغ، الصين

هاتف:86-571-26266266