القصر الكهربائي لـ IGBT في النظام وحمايته

ملخص

يناقش هذا الورق بشكل رئيسي بشكل موجز عدة طرق شائعة لحماية القصر الكهربائي لـ IGBT في نظام الطاقة ذات الجهد المنخفض والصغير والمتوسط، ويقدم بشكل رئيسي طريقة استخدام كشف Vce. يتم شرح مبدأ عمل حماية القصر الكهربائي ومنطقية تصميم دائرة الحماية بشكل موجز.

مقدمة في خطة حماية القصر الكهربائي

في تصميم الحماية الشائعة للقصر الكهربائي، يكون أخذ العينات للتيار أساسيًا بثلاث طرق، على التوالي: N-BUS (صفر

كشف مقاومة الشنت (الخط)، كشف هول الإخراج، كشف جهد Vce.

رسم بياني 1

يتم استخدام إشارة الجهد عن طريق توصيل مقاومة صغيرة لتحديد القصر في دائرة الحافلة. هذه الطريقة لها دقة وحساسية عالية، ويمكنها حماية القصر إلى الأرض، العيب هو أنها مناسبة فقط لآلات الطاقة الصغيرة، ومتطلبات الطاقة العالية للمقاومة.

مع استمرار زمن استجابة هول في التحسن، فإنه ليس لديه فقط وظيفة تحويل حجم التيار، ولكنه يحمي التيار القصر الكهربائي من خلال الدائرة الأجهزة. نظرًا لمشاكل زمن الاستجابة لكشف هول، كانت الموثوقية أقل نسبيًا من الطريقتين الأخريين. لا يتوفر مستشعر هول لأنه مثبت على النهاية الخرجية

الطريقة تحمي الأنبوب العلوي والسفلي من خلال.

تم تحقيق حماية IGBT المقوى بالضوء عن طريق كشف الجهد C-E، ووفقًا للعلاقة بين V ce و Ic، عندما يرتفع Ic بسرعة، يتبع Vce. عندما ترتفع قيمة Vce إلى جهد نقطة الحماية، سيتم إيقاف الإقتران البصري ذاتيًا وإرسال إشارة الخطأ إلى DSP، ويكون العملية بشكل عام بين 5 و 10 ميكروثانية. لأن مثل هذه الحماية حساسة للغاية ودقتها ضعيفة، فهي مناسبة فقط لحماية القصر الكهربائي. يُظهر الشكل 2 مخطط Vce و Ic لـ GD200HFL120C2S. مع ارتفاع Vce، يزداد IC. يتجاوز Ic في + 7V بالفعل تيار القصر الكهربائي للوحدة. عند إجراء اختبار القصر الديناميكي، تكون لديه L و Vg و tr و tf ومعلمات أخرى تحكم صارم وثابت، ويتم التحكم في التيار عمومًا بمعدل 8-10 مرات Ic، كما هو موضح في الشكل 3. ومع ذلك، يتم اختبار القصر على النظام، وغالبًا ما يرتفع التيار بشكل أعلى بسبب خصائص التبديل وحمل الدائرة والتداخل.

الحماية الشائعة من التوصيل القصير لدفع الإرتباط البصري

(I) PC929

يعتبر PC929 من أجهزة الاتصال البصري المشتركة في صناعة المحولات، مع وظيفة حماية من التيار القصير (PC923 بدون حماية). نظرًا لأن تيار الذروة الناتج منه يبلغ 0.4A فقط، فإن قيادة IGBT عالية القدرة تحتاج إلى تضخيم في الطرف الخلفي لتشغيل IGBT. كم يمكن لوحدة P C 929 تشغيلها من تيار يعتمد على اختيار الأنبوب. طالما أن P C 929 يمكنه دفع الأنبوب ويمكن للأنبوب دفع IGBT، فإنه يمكن تحقيق ذلك.

تُظهر الشكل 3 دائرة الحماية الداخلية لـ PC929:

1، عند إيقاف IGBT، يتم سحب جهد C الذي يبلغ 9 قدمًا إلى الصفر.

2. عند تشغيل IGBT، يقوم Vcc بشحن Cp من خلال Rc، مع جهد الشحن الذي يتجاوز +7V، ونقل O2

مع التشغيل الناعم، يرسل FS إشارة الخطأ CPU في نفس الوقت، حيث يكون FS فعالًا عند المستوى المنخفض، ويتم تحديد سرعة الشحن لـ Cp بواسطة Rc و Cp.

3. عند إيقاف IGBT، يتم سحب C بسرعة، وسرعة الانخفاض أكبر بكثير من سرعة إيقاف IGBT.

يعتقد الكثيرون أن P C 929 عرضة للتصرف بشكل خاطئ، ولكن آلية التصرف الخاطئ غير واضحة جدًا. يعتقد بعض الناس أن وقت الحماية قصير جدًا، بينما يعتقد آخرون أن انخفاض الضغط لدى IGBT كبير جدًا. دعونا نناقش السبب في تصرف P C 929، وهو أمر مهم جدًا لتصميم الدائرة الكهربائية لحماية IGBT.

في النظرية، كلما زادت قيمة Vce (sat)، زادت سرعة وصول IGBT إلى الجهد الحماية + 7V في المنطقة الخطية، وهذا صحيح، ولكن ليس سببًا في حدوث الخطأ. قيمة Ic المقابلة لانخفاض الضغط في التشبع بمقدار + 7V أكبر بكثير من انخفاض الضغط في التشبع للتيار الزائد الأقصى، بينما يكون انخفاض الضغط للرقاقة العامة أقل من 1V فقط، ولن يتسبب هذا الفجوة في حدوث الخطأ في حالة عدم وجود تيار قصر الدائرة.

عند فتح IGBT بشكل طبيعي، السبب الرئيسي لخطأ الحماية المضادة هو وقت سقوط V c e عند فتح IGBT، ووقت الشحن لـ C p. انظر الشكل 4.

يقوم مصدر الطاقة Vcc بشحن Cp من خلال Rc، مع جهد الشحن Ucp.

إذا انخفض Vce على طول مسار، ثم قد انخفض Vce أدناه +7V قبل أن يصل Ucp إلى +7V، فإن جهد القدم 9 لا يظهر فوق +7V.

إذا انخفضت Vce على المسار c ، فإن Vce لا تزال أعلى من + 7V عندما يصل Ucp إلى + 7V ، ثم سيظهر الكشف عن الجهد بقدم 9 فوق + 7V ، ويقفز حماية التأخير القصيرة.

استنتاج: من أجل تجنب فتح خطأ الإجراء ، يمكنك تمديد وقت الشحن أو سرعة الفتح قليلاً.

(2) 316J

يتم استخدام 316J على نطاق واسع أيضًا لتشغيل IGBT والاتصال البصري مع كشف Vce. أكبر الفروق بين PC929 هو أن 316J قادر على تشغيل الوحدة 150A مباشرة دون الحاجة إلى أنابيب. من حيث آلية الحماية، فإنها مشابهة جدًا أيضًا لـ PC929. انظر الشكل 5: عندما يتم إيقاف IGBT، يتم سحب DESAT (14) إلى الأرض من خلال MOSFET عالي السرعة، يتم إيقاف تشغيل MOSFET بعد فتح IGBT، ويتم شحن القدم 14 من خلال مصدر تيار داخلي ومكثف، ويزيد الجهد بأكثر من +7V ويحمي 316J. يقوم PC929 بشحن المكثف بـ Vcc من خلال المقاومة؛ 316J يقوم بشحن المكثف مباشرة من خلال مصدر التيار الداخلي. نظرًا لأن المكثف يتم شحنه بمصدر تيار ثابت، يمكن أيضًا حساب وقت الشحن بدقة أكبر:

t=CV / I، حدد C=100p

t =100p *7V /250u A =2.8u s

هذا يعني أن Vce يجب أن تنخفض دون + 7V في غضون 2.8 ميكروثانية ، أو سيتأخر.

الرسم البياني 6

مقدمة تجربة الحماية من التيار الكهربائي القصير

يمكن تقسيم حماية التيار القصير إلى تيار قصير بديل وفقًا لشكل التيار القصير، والتيار القصير النسبي. ولكن بغض النظر عن نوع التيار القصير، يجب أن يكون هناك تدفق للتيار، ويجب أن يكون هناك دائرة مكونة لذلك في تصميم حماية التيار القصير يمكن اكتشافه في أي موقع في الدائرة، وبالطبع، الأثر ليس نفسه. عمومًا، نحن نختار عادة اكتشاف V c e

الجهد، لأنه فعال وموثوق به نسبيًا.

في اختبار حماية الدائرة القصيرة في صناعة المحولات، هناك القصور الأول بعد التشغيل والتشغيل الأول بعد القصور. شرط القصور الأول نسبياً بسيط، حيث تكون الإخراج قد تم قصره، عندما يأتي إشارة الفتح، يبدأ التيار في الارتفاع؛ أما الشرط الأخير فيكون أكثر تعقيدًا، حيث يمكن أن يكون موضع القصور في أي نقطة في دورة العمل، لذا فإن موجة كل قصور مختلفة تمامًا. لذا، أي التيار الواقي أكبر؟ بعد الاختبار على النظام، وجدنا أن القصور أثناء التشغيل، يمكن أن يرتفع التيار أكثر، لأن القصور عندما يفتح IGBT، يتم رفع Vg بشكل أكبر، ويتأثر I c في المنطقة الخطية بشكل رئيسي بـ Vg.

I r es =C r es *dv /d t

∆ Vg=Ires*(Rg+Ri nt)

I c =K (V g -V t h )2

تُظهر الشكل 7 موجة القصر الكهربائي المقاسة على جهاز الاختبار الديناميكي. نجد أنه بعد ارتفاع I sc بشكل مطرد، يتم تقييده بواسطة الرقاقة نفسها. لم يتم إعاقة جهد البوابة Vg بشكل كبير خلال العملية بأكملها.

تُظهر الشكل 8 موجة القصر الكهربائي للوحدة 1200V / 50A على محول التردد.

- -t 1: dv / d t يؤثر باستمرار على V g؛ I sc في الارتفاع، ويتم تحديد الميل بواسطة ملف الإندكتور الطفيلي L، Isc=K (Vg-Vth) 2

- -t2: dv / dt يتوقف عن التأثير على Vg، Vg ينخفض، وينخفض Isc مع Vg.

- -t3: Vg ثابت و Isc ثابت.

- -t4: IGBT معطل، Isc مخفض، Vce=Vdc + di / dt * Lbus، لذا يحدث زيادة فجائية في الجهد.