В HTML      В PDF
микроэлектроника, микросхема, микроконтроллер, память, msp430, MSP430, Atmel, Maxim, LCD, hd44780, t6963, sed1335, SED1335, mega128, avr, mega128  
  Главная страница > Обзоры по типам > Транзисторы > Принципы работы мощных MOSFET и IGBT транзисторов

реклама

 
радиационно стойкие ПЗУ Миландр

Продажа силового и бронированного кабеля и провода в Москве

текст еще



Ограничение перенапряжений

Ограничение перенапряжений между основными выводами

Мероприятия по ограничению перенапряжений между основными выводами (напряжение коллектор-эмиттер, напряжение питания) можно разделить на пассивные цепи снабберов, активное ограничение и динамическое управление затвором.

Независимо от типа ограничения, можно использовать лавинный режим работы MOSFET (см.рис.3.2). Пожалуйста, придерживайтесь предельных значений из справочных данных или спросите производителя о соответствующих предельных значениях.

Пассивные цепи снабберов

Пассивные цепи (снабберы) состоят из пассивных элементов, таких как R, L, C, ограничительные диоды, диоды, варисторы, и т.д.

В дополнение к разделу 3.8.2, последующие пояснения будут рассматривать варианты, которые не отвечают за уменьшение потерь при коммутации.

На рис.3.60 представлены примеры простых схем.

Принцип пассивных цепей-снабберов заключается в предотвращении наведения опасного напряжения из-за индуктивностей коммутационной цепи LK путем включения конденсаторов, которые поглощают энергию, сохраненную в LK (Е = LK/2 · i-2). Конденсатор будет заряжен разностью напряжений DV2 = LK/2 · i-2/С и установит предел перенапряжениям. Поглощенная энергия должна разрядиться между двумя процессами заряда для сохранения работоспособности схемы. С простыми снабберами эта задача выполняется путем преобразования в тепло в резисторах снаббера или обратной связью в конденсаторы питания.

Пассивные цепи ограничения напряжения
Пассивные цепи ограничения напряжения
Рис. 3.60. Пассивные цепи ограничения напряжения

Простым методом является фиксация напряжения питания прямо на выводах питания силового модуля при помощи конденсатора (пленочный конденсатор и т.п.). Такой способ пригоден для большинства VSI- применений. В этом случае значения емкостей составляют 0...1.2 мкФ (рис.3.60а).

Для поглощения паразитных колебаний между С и LK, фиксацию напряжения можно получить с помощью RC-цепи (рис.3.60b). Этот способ рекомендуется для низковольтных/сильноточных устройств (напр. MOSFET-преобразователи), во избежание паразитного изменения полярности питающего напряжения на выводах модуля.

Рис.3.60с и d представляют RCD-схемы. Включенные быстрые диоды позволяют снизить перенапряжение при включении и получить параметры мягкого обратного восстановления. Пассивные цепи не требуют активных компонентов, что является дополнительным преимуществом к их простой схеме. С другой стороны, значение предела перенапряжения может сильно зависеть от рабочей точки. Поэтому схему нужно рассчитывать для худшего случая.

Активное ограничение [161], [261], [301]

Активное ограничение MOS-управляемыми транзисторами определяет прямую обратную связь потенциала коллектора/стока к затвору через элемент Зенера. На рис.3.61 показаны основные принципы и варианты на примере IGBT ключа.

Цепь обратной связи состоит из элемента Зенера Z и дополнительного диода Ds, который не дает протекать току драйвера к коллектору, когда IGBT включен. Если напряжение коллектор-эмиттер достигает напряжения лавинного пробоя элемента Зенера, через обратную связь начнет протекать ток в затвор IGBT, что увеличит потенциал затвора до значения, взятого из переходной и выходной характеристики IGBT (ic = f(vCE, vGE)) (рис.3.62). Процесс ограничения будет все время, пока подается ток через последовательную индуктивность. Приложенное к транзистору напряжение будет определяться вольтамперной характеристикой элемента Зенера. Транзистор работает в активной зоне своей выходной характеристики (!!безопасная область работы!!) и преобразовывает энергию, сохраненную в LK, в тепло (рис.3.62.). Рис.3.62 поясняет эти корреляции при помощи типичных характеристик.

Основной принцип активного ограничения
Основной принцип (а) активного ограничения и варианты
Рис. 3.61. Основной принцип (а) активного ограничения и варианты (b)

Импульс тока заряда затвора необходим для повышения напряжения на затворе в начале процесса ограничения, что хорошо видно на рис.3.62.

Выбор подходящего варианта зависит от средней рассеиваемой мощности в элементе Зенера. Это основано на следующем принципе: чем выше разность напряжений между коммутационным напряжением и напряжением ограничения, тем ниже рассеиваемая мощность в ограничивающей схеме. Другим критерием выбора может быть скорость нарастания характеристики Зенера (рис.3.63).

Вариант А на рис.3.61 можно очень легко реализовать и можно использовать в схемах с малой энергией ограничения (напр. в импульсных преобразователях напряжения).

MOSFET и диоды в вариантах В и Е работают в режиме лавинного пробоя. В вариантах С и D MOSFET/IGBT служат усилителем тока Зенера, вариант D характеризуется очень высокой выносливостью.

Типичные характеристики напряжения и тока при активном ограничении
Типичные характеристики напряжения и тока при активном ограничении
Типичные характеристики напряжения и тока при активном ограничении
Рис. 3.62. Типичные характеристики напряжения и тока при активном ограничении (вариант А), (vK = 400 B, vс1 = 640 B, iс0 = 30 A, LK = 10 мГн, Tj = 30°С, V- = -15 В, SKM100GB123D)

Статические характеристики выбранных элементов Зенера
Рис. 3.63. Статические характеристики выбранных элементов Зенера [194]

А: Ограничительный диод 06КЕ350,
В: BUZ90 при лавинном пробое
С: BUP400 при лавинном пробое,
D: BUZ78 в качестве усилителя

Особенности активного ограничения суммируются в следующем:

  • простая схема,
  • защищаемый транзистор является частью схемы защиты и преобразует основную часть сохраненной в LK энергии при ограничении,
  • не требуется мощных резисторов и снабберных конденсаторов,
  • резкая характеристика ограничения,
  • напряжение коммутации ограничивается независимо от рабочей точки преобразователя,
  • принцип не требует раздельного мощного источника,
  • можно использовать обычные драйверы,
  • точно также ограничиваются перенапряжения при обратном восстановлении di/dt в диодах,
  • есть возможность дополнить каждый отдельный транзисторный ключ схемой ограничения или одним главным ограничителем для одной или нескольких пар ключей.

Принцип активного ограничения использовался в промышленности до настоящего времени, только для защиты от коротких замыканий в преобразователях с постоянным напряжением питания, где ограничение работает только в случае неисправности преобразователя при сравнительно низкой энергии.

Исследования, описанные в [161], показывают, однако, что процесс активного ограничения может также иметь преимущества при периодической работе ZCS-ключа и высокой энергии.

(частота ограничения 15.30 кГц). В итоге возможности и ограничения этой концепции защиты все еще проходят расширенные исследования и доработки. Это особенно относится для IGBT с короткой периодической работой и MOSFET на активном участке выходной характеристики.

Динамическое управление затвором

В процессе динамического управления затвором, di/dt, dv/dt и следовательно вызванные перенапряжения непосредственно определяются драйвером.

Другой, более простой защитой с динамическим управлением затвором является замедление выключения IGBT и MOSFET в случае перегрузок по току или коротких замыканий применением последовательных резисторов затвора с большим сопротивлением (напр. часть драйвера SEMIKRON SKHI 23) или выключение определенным током (управление источником тока) (рис.3.64).

Процесс возможного замедления выключения при неполадках в работе инвертора
Процесс возможного замедления выключения при неполадках в работе инвертора
Рис. 3.64. Процесс возможного замедления выключения при неполадках в работе инвертора: возросшее RGoff (a); управление источником тока (b)

В драйверах [9], [47], и [61] контролируется dv/dt и di/dt IGBT/MOSFET и поступает в обратную связь драйвера (рис.3.65).

Прямой контроль dv/dt и di/dt
Рис. 3.65. Прямой контроль dv/dt и di/dt

Здесь информация о dv/dt или di/dt берется при помощи индуктивности в цепи эмиттера или емкости в цепи коллектора соответственно.

Ограничение перенапряжений между управляющими выводами

Ограничение перенапряжений между управляющими выводами требуется для поддержания максимального напряжения затвор-эмиттер/затвор-исток с одной стороны, и для ограничения амплитуды динамического короткого замыкания с другой.

На рис.3.66 показаны варианты простых схем. Для оптимизации эффективности ограничивающие цепи должны скручиваться для низкой индуктивности и располагаться как можно ближе к затвору.



<-- Предыдущая страница Оглавление Следующая страница -->





 
Впервые? | Реклама на сайте | О проекте | Карта портала
тел. редакции: +7 (495) 514 4110. e-mail:info@eust.ru
©1998-2016 ООО Рынок Микроэлектроники