IGBT overstrøm i industrielle motorstasjoner
IGBT overstrøm beskyttelse
Når det gjelder skade på eiendom eller sikkerhetshensyn, er IGBT-beskyttelse for overstrømsforhold nøkkelen til systemets pålitelighet. IGBT er ikke en feilsikker komponent. Hvis de feiler, kan de føre til at DC-buskondensatoren eksploderer og forårsaker feil på hele driveren. Overstrømsbeskyttelse oppnås vanligvis ved gjeldende måling eller desatureringsdeteksjon. Figur 2 viser disse tipsene.
For nåværende måling krever både omformerens arm og faseutgang måleinnretninger som shuntmotstander for å håndtere skyvefeil og motorviklingsfeil. Den hurtige utførelsesturtaksen i kontrolleren og / eller portdriveren må slå av IGBT i tide for å hindre kortslutningen å motstå tid. Den største fordelen med denne metoden er at den krever to måleenheter på hver inverterarm og er utstyrt med alle relevante signalkondisjonerings- og isolasjonskretser. Dette kan lindres ved ganske enkelt å legge til en shuntmotstand til den positive DC-busslinjen og den negative DC-busslinjen. Imidlertid er det i mange tilfeller enten arm shunt-motstander i driverarkitekturen eller fase-shunt-motstandene for å betjene den nåværende kontrollsløyfe og gi motor overstrømbeskyttelse; de er også mulige for IGBT overstrømsbeskyttelse - forutsatt at signalkondisjoneringstidspunktet er rask nok til å beskytte IGBT under den nødvendige kortslutningsmodstandstiden.
Desatureringsdeteksjonen bruker IGBT som et nåværende måleelement. Diodene i skjematisk sørger for at IGBT-kollektor-emitterspenningen bare overvåkes av følerkretsen under påkjøring; Under normal drift er kollektor-emitterspenningen svært lav (typisk 1V til 4V). Men hvis en kortslutningshendelse oppstår, øker IGBT-kollektorstrømmen til et nivå som driver IGBT ut av metningsområdet og inn i det lineære operasjonsområdet. Dette medfører at kollektor-emitterspenningen stiger raskt. De normale spenningsnivåene beskrevet ovenfor kan brukes til å indikere tilstedeværelsen av en kortslutning, mens desaturasjons-terskelenivået typisk er i 7V til 9V-regionen. Viktig, desaturering kan også bety at gate-emitterspenningen er for lav og IGBT ikke er fullt drevet til metningsområdet. Vær forsiktig når du utfører desatureringsdeteksjonsutplassering for å forhindre falsk utløsning. Dette kan spesielt oppstå under overgangen fra IGBT-avstanden til IGBT på tilstand når IGBT ikke har fullstendig inntatt metning. Avblokkingstiden er vanligvis mellom påkjøringssignalet og desatureringsdeteksjon aktiveringstid for å unngå falske detekteringer. En strømkondensator eller et RC-filter er også typisk lagt til for å lage en kort tidskonstant i deteksjonsmekanismen for å filtrere filterspurene forårsaket av støyopptak. Når du velger disse filterkomponentene, kreves det en avregning mellom støyimmuniteten og IGBT-kortslutningsmotstandstiden.
Etter å ha oppdaget en IGBT overstrøm, er en ytterligere utfordring å slå av IGBT på et unormalt høyt strømnivå. Under normale driftsforhold er portdriveren designet for å slå av IGBT så raskt som mulig for å minimere bytte tap. Dette oppnås ved lavere drivmotstandsimpedans og motordrift. Hvis samme gate-avkoblingshastighet brukes for overstrømsbetingelser, vil solfangeren / emitter di / dt bli mye større fordi strømmen vil variere sterkt på kortere tid. Den parasitære induktansen til kollektor-emitterkredsløpet på grunn av bortfallet induktans av ledningsbinding og PCB-spor kan føre til at et stort overspenningsnivå øyeblikkelig når IGBT (fordi VLSTRAY = LSTRAY × di / dt). Derfor er det viktig å gi en høyimpedansavviksvei når du slår av IGBT-en i en desatureringshendelse, noe som kan redusere di / dt og potensielt skadelige overspenningsnivåer.
I tillegg til kortslutninger forårsaket av systemfeil, skjer også øyeblikkelig omformer gjennom normale driftsforhold. På denne tiden krever IGBT-ledningen at IGBT-enheten blir drevet til metningsområdet der ledningstapet er lavest. Dette betyr vanligvis at gate-emitterspenningen i på-tilstanden er større enn 12V. IGBT-avslaget krever at IGBT-enheten blir drevet til det aktive avskjæringsområdet for å kunne blokkere den motsatte høyspenningen over IGBT på høy side når den er slått på. I prinsippet kan dette oppnås ved å senke IGBT-gate-emitterspenningen til 0V. Imidlertid må bivirkninger av lav-end transistoren på omformerens arm når den er slått på, vurderes.
En rask forandring i spenningen ved brytepunktet under omdreining fører til at den kapasitive induserte strømmen strømmer gjennom den lave-ende IGBT parasitære Miller gate-kollektorkapasitansen (CGC på figur 3). Denne strømmen flyter gjennom lavsidegasdriveren (ZDRIVER på figur 3) for å slå av impedansen, noe som skaper en forbigående spenningsøkning ved den lave siden av IGBT-gateutløser, som vist. Hvis spenningen stiger over IGBT-terskelspenningen VTH, vil den forårsake en kort tilkobling av IGBT på lav side, noe som resulterer i en forbigående omformer arm-gjennomgang - fordi begge IGBTene er kort tændt. Dette ødelegger generelt ikke IGBT, men det kan øke strømforbruket og påvirke påliteligheten.
Generelt er det to måter å løse det induktive ledningsproblemet i omformeren IGBT - ved hjelp av en bipolar strømforsyning eller en ekstra Miller-klemme. Evnen til å akseptere en bipolar forsyning på den isolerte siden av portdriveren gir ytterligere margin for induserte spenningstransienter. For eksempel indikerer en -7,5 V negativ skinne at en induksjonsspenning forbigående større enn 8,5 V er nødvendig for å fornemme falsk ledning. Dette er nok til å forhindre sviktledning. En annen metode er å redusere svingimpedansen til portdriverens krets i en periode etter at avslutningsovergangen er fullført. Dette kalles Miller-klemkretsen. Den kapasitive strømmen strømmer nå gjennom den nedre impedanskretsen, som igjen reduserer størrelsen på spenningen forbigående. Bruken av asymmetriske gate motstander for å slå på og slå av gir ekstra fleksibilitet for å bytte frekvens kontroll. Alle disse portdriverfunksjonene har en positiv innvirkning på påliteligheten og effektiviteten til det samlede systemet.
Hvis du vil kjøpe en matbehandlingsmaskin, vær oppmerksom på matprosessormotoren.
