Влияние параметров драйвера на режим коммутации

Как было упомянуто, важные параметры управления силовых MOSFET или IGBT зависят от значений V_GG+, V_GG- и R_G. Следующая таблица дает некоторые пояснения (<: возрастание, >: снижение, -: без изменений):

Значение / характеристика	VGG+ <	|VGG-| <	RG <	См.п.
RDS(on), VCE(sat)	>	-	-	3.5.2
ton	>	<	<	3.5.2
Eon	>	-	<	3.5.2
toff	<	>	<	3.5.2
Eoff	-	>	<	3.5.2
Импульс тока включения *	<	-	>	3.5.2
Импульс тока включения *	-	<	>	3.5.2
Чувствительность dv/dt (MOSFET)	<	<	>	3.5.1
(IGBT)	<	>	<	3.5.1
Активно ограниченные ID, IC	<	-	<	3.6.2
Выносливость при к.з. в нагрузке	>	-	<	3.6.2

* при жесткой коммутации на активно-индуктивную нагрузку

Прямая характеристика (R_DS(on), V_CE(sat))

Зависимости прямых характеристик силовых MOSFET и IGBT от параметров управления можно найти по их выходным характеристикам (см.п. 1.2.2). На рис.3.36 это поясняется на примерах SEMITRANS-MOSFET и IGBT, взятых из справочных данных.

Рис.3.36 Прямые характеристики в зависимости от напряжения управления (напряжения затвора)
a) силовой MOSFET модуль SKM 111
b) IGBT модуль SKM 100GB123D

В справочных данных на SEMITRANS, SEMITOP и MiniSKiiP рекомендуемые максимальные значения и характеристики, упомянутые в п. 3.5.1, приводятся с V_GG+ = 10 В для силовых MOSFET и V_GG+ = 15 В для IGBT модулей, что является приемлемым компромиссом при обычном использовании между рассеиваемой мощностью, импульсным током включения и параметрами короткого замыкания.

Время коммутации, потери при коммутации (t_on E_on t_off E_off )

Управляющие напряжения и сопротивления затвора влияют на разные части времени включения t_on = t_d(on) + t_r, выключения t_off = t_d(off) + t_r, и продолжительность «хвоста» t_t IGBT по разному:

Так как величина емкости затвора составляет абсолютные значения при V_GG+ и V_GG- до коммутации, время перезаряда будет возрастать (время задержки включения t_d(on), время задержки выключения t_d(off)) при данном сопротивлении затвора R_G если ток перезаряда или (V_GG+ + |V_GG-|) возрастают.

С другой стороны, на время коммутации t_r и t_t и, следовательно, рассеиваемую энергию Е_on и Е_off могут влиять только напряжения управления коммутацией V_GG+ или V_GG-, так как они определяют ток через сопротивление затвора R_G.

Справочные данные на SEMITRANS-IGBT включают графики зависимостей времени коммутации и рассеиваемой энергии от R_G, измеренные для максимальных значений токов I_C @ 80°С при жесткой коммутации на активно-индуктивную нагрузку (рис.3.37).

Рис. 3.37. Время коммутации IGBT (a) и потери при коммутации (b) SKM100GB123D от сопротивления затвора R_G при T_j = 125°C, V_CE = 600 B, I_C = 75 A, V_GE = ±15 B и при жесткой коммутации на активно-индуктивную нагрузку

Параметры переключения обратного диода и импульс тока включения транзистора

На рассеиваемую энергию при включении IGBT, показанную на рис.3.37b, уже влияет запирание встроенного обратного диода на импульс тока включения и рассеиваемую мощность включения, см.п. 1.3.3.3 и 2.3.3

Рис. 3.38. Восстанавливаемый заряд Q_rr CAL-диода SKM100GB123D (а) и импульс тока обратного восстановления I_RRM (b) от скорости коммутации di_F/dt тока диода

Скорость нарастания t_r тока истока или коллектора (i_D, i_C) будет снижаться с повышением тока затвора (большее V_GG+ или меньше R_G). Из-за этого в свою очередь будет увеличиваться скорость коммутации тока di_F/dt в обратном диоде, которую определяет восстанавливаемый заряд Q_rr и импульс тока обратного восстановления I_RRM. Эти характеристики CAL-диодов SEMITRANS-IGBT модулей приведены в справочных данных (рис.3.38 и 3.39).

Возрастание Q_rr и I_RRM приведет к большей рассеиваемой мощности при выключении во внутреннем обратном диоде. Так как при большем di_F/dt увеличиться Q_rr и I_RRM и, так как I_RRM суммируется с током нагрузки вместе с током коллектора или стока, импульс тока включения и рассеиваемая энергия при включении транзистора возрастут вместе с его скоростью включения (рис.3.37).

Рис. 3.39. Рассеиваемая энергия Е_offD при выключении CAL-диода в SEMITRANS-IGBT модуле SKM100GB123D от R_G

Импульс напряжения при выключении

Если возросло V_GG- или уменьшилось R_G, ток выключения затвора управляемого транзистора будет расти. Как показано на рис.3.37а, время спадания t_f тока стока или коллектора будет увеличиваться, т.е. di_D/dt или -di_С/dt будут расти. Напряжение Du = -L_Q · di/dt вызванное во время di/dt на паразитной коммутационной индуктивности L_Q будет линейно возрастать с возрастанием времени выключения.

<-- Предыдущая страница

Оглавление

Следующая страница -->