Выбор модуля, схемы драйвера, конструкции

Выбор модуля и конструкции

Оптимальные условия симметрии всегда основаны на малом отклонении параметров подключенных последовательно модулей. Пожалуйста, избегайте последовательного включения модулей разных типов или разных производителей.

Схемы драйвера и силовой части должны в основном рассчитываться на минимальные паразитные индуктивности и строго симметричное расположение (см. также п. 3.7.1).

Статическое симметрирование

Для получения оптимальных условий статической симметрии, нужно уменьшить влияние разных токов запирания при помощи параллельных резисторов.

Следуя указаниям в п. 1.3.5.1, проходящий через параллельный резистор ток можно выбрать примерно в 3-5 раз больше, чем ток запирания транзистора.

Пример:

Последовательно включены два IGBT модуля SKM400GA173D

v_CES = 1700 В, i_CES (v_CES, T_j = 125°C) = 4.5 мА

В устройстве с напряжением питания 2400 В:

R_P = 75.125 кОм P_Rp = 19.11 Вт

Рис. 3.72. Статическое симметрирование при помощи параллельных резисторов

Динамическое симметрирование

Оптимальные условия динамической симметрии всегда основаны на малых отклонениях времени прохождения сигнала в драйвере.

Пассивные цепи снабберов

R_C или R_CD цепи могут очень эффективно поддерживать динамическую симметрию (см.рис.3.73). Эти цепи уменьшают, а затем балансируют скорость dv/dt при коммутации (компенсацией нелинейности емкостей перехода). Однако, требованием для большинства пассивных силовых компонентов является высокая надежность с R_C или R_CD цепями, которые должны выдерживать высокие напряжения. Цепи снабберов отвечают за преобразование значительной части потерь. Другой недостаток в том, что количественная эффективность зависит от реальной рабочей точки схемы. В отличие от этого, не требуется дополнительной схемы управления, и будет достаточно использовать стандартный драйвер.

Пассивные цепи вместе с активными технологиями симметрирования могут использоваться и с худшими параметрами, что выполнено в [45], [236]. Здесь использованы R_C цепи с R = 3.3 Ом и С = 15 нФ при напряжении 2.4 кВ для последовательного соединения четырех 1200 В/600 А IGBT ключей.

Рис. 3.73. Пассивные цепи

Способы активного симметрирования

Коррекция времени коммутации

На рис.3.74 показан один из возможных способов динамического симметрирования напряжения в соответствии с принципом коррекции времени коммутации за счет задержки. Этот метод не требует никаких дополнительных силовых компонентов. И в IGBT/MOSFET не возникает больших потерь. С другой стороны, этот метод предъявляет жесткие требования к драйверу и схеме управления.

Рис. 3.74. Принцип коррекции времени коммутации

Контроль dv/dt

Принцип контроля dv/dt заключается в том, что это опорное значение для скорости dv/dt одиночных модулей при коммутации, по сравнению с реальным значением драйвера; разность между этими значениями передается в выходной каскад драйвера. Поэтому может быть проблематичной точность и способность восстановления взаимосвязи или обратной связи реального значения dv/dt.

Если номинальное значение dv/dt меньше, чем «настоящее» dv/dt при жесткой коммутации, возникнут дополнительные потери в силовых транзисторах. Следовательно, конструкция драйвера должна быть более сложной, стандартные драйверы могут не подойти.

Более просто можно получить контроль di/dt с индуктивной обратной связью по скорости di/dt IGBT/MOSFET [9], [16].

Рис. 3.75. Динамическое симметрирование напряжения при помощи контроля dv/dt

Активное ограничение напряжения / активная фиксация [37], [161], [236], [261]

Процесс активного ограничения характеризуется контролем напряжения коллектор- эмиттер или сток-исток, и обратной связью на затвор через элемент Зенера (см.п. 3.6.3.2, рис.3.76).

Если напряжение на транзисторе достигает максимума, возрастает напряжение на затворе так, что рабочая точка сдвигается на активный участок выходной характеристики в соответствии с пропускаемым током через коллектор/сток. Дополнительные потери в транзисторе при активном ограничении сравнительно малы. Активное ограничение не влияет на симметрию фронтов коммутации.

Этот метод работает без временных задержек, ограничение напряжения не зависит от рабочей точки инвертора. Кроме того, преимущество в том, что любой стандартный драйвер можно оборудовать устройством фиксации, и будет обеспечиваться ограничение напряжения для выключения непараллельных диодов, и т.п.

Защита гарантирована даже в случае неисправности источника питания драйвера.

Концепция master-slave (ведущий-ведомый) [110]

Модификация широко известного принципа master-slave, который произведен по тиристорной технологии, также применима для динамического симметрирования напряжения (рис.3.77).

Только нижний ключ (master) оснащен полной схемой драйвера с вспомогательным источником питания и потенциально разделенным импульсным входом управления. Это основное преимущество принципа. Схема драйвера верхнего ключа (slave) состоит только из выходного каскада. Развязка между master и slave выполняется на диоде с высоким обратным напряжением. Slave включится как только потенциал его эмиттера упадет до уровня, когда сможет включится развязывающий диод, т.е. с небольшим сдвигом во времени. Slave выключится как только закроется развязывающий диод. В принципе, можно каскадом подключить несколько slave.

Рис. 3.76. Активное ограничение напряжения / активная фиксация

Пока такая концепция способна очень хорошо улучшить симметрирование выключения, симметрирование включения будет строго ограничиваться. Поэтому, рекомендуется комбинировать master/slave и активное ограничение. Недостаток плохого симметрирования при включении можно не учитывать в ZVS устройствах [110].

Рис. 3.77. Основной принцип концепции master/slave

Выводы

При последовательном включении IGBT или MOSFET модулей необходимо дополнительно включить параллельные резисторы с большим сопротивлением для статического симметрирования, предусмотреть пассивные и/или активные способы для динамического симметрирования.

Кроме активного ограничения, представленные варианты будут защищать только транзистор, так что будут необходимы дополнительные пассивные RC цепи для защиты обратных диодов.

Комбинация активного ограничения и ограничивающих RC цепей для симметрирования фронтов коммутации по отношению к требованиям схемы, надежности и функциональности [236].

<-- Предыдущая страница

Оглавление

Следующая страница -->