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變頻器維修之詳解IGBT單管驅動+保護

點擊數:884 更新時間:2019-4-17 16:18:59 Tag: 變頻器維修

    很多人都知道,變頻器的IGBT單管非常脆弱,具有相同電流容量的IGBT單管比具有相同電流容量的MOSFET更脆弱。 也就是說,在變頻器維修的H橋中,MOSFET沒有問題,但是IGBT上升,可能在負載啟動時會燒斷,這個估計很多人也知道這一點。

    有些朋友可能認為IRFP460,20A / 500V MOSFET,加上SGH40N60UFD 40A / 600V IGBT應足以防止爆炸,但實際情況是,裝載后突然裝卸,很可能轟炸機已經不見了。 通過不斷的實踐,發現事實上,只要遵循特定的規律,就可以完全防止轟炸機的發生。 即使采用峰值電流保護措施,IGBT也不會被燒毀。

    我們將在幾個部分中解決這個問題來解決:

  1.驅動電路;

  2.集電電流;

  3.保護機制;

    首先是驅動電路

    這次使用的IGBT是IXYS,IXGH48N60B3D1,詳細規格如下:IXGH48N60B3D1

    驅動電路如下:

    這是一種非常典型的應用電路,可用于IGBT或MOSFET,但存在一些差異。

  1,有一個負電壓發生電路,

  2,隔離驅動,

  3,獨立供電。

    首先,我們來看看整體。 該電路沒有保護,用于變頻器100%會燒毀,但我們可以理解該電路的本質。

    我先談談關鍵點:

    1:驅動電阻R2,這在驅動器中非常重要。 當D1閉合時,IGBT的CGE快速放電。 實際上,有必要使用這個D1,或者它可以在D1環路中串聯連接。 當0FF關閉時,電阻會產生柵極電阻。

    以下是幾個波形,不同柵極電阻和高壓HV 400V的圖片,上下IGBT門的實際情況。


    上圖是當去除負電壓時上管和下管之間的柵極波形,并且柵極電阻是10R的情況。

    上圖是在不添加DC400V的情況下測量2管G極波形。 下圖顯示了DC400V情況下2個燈管的柵極波形。

    為什么第二張圖片出現峰值? 這應該從IGBT的內部情況開始。 簡單來說,IGBT的GE上有一個寄生電容。 與CGC的另一個寄生電容一起,它形成一個池。 那就是QG。 實際上,這與MOSFET類似。  。

    因此,當您查看為什么添加400V時,它會在下管的G水平上產生尖峰。 借花獻佛,抓一張圖片來說明:


    如上圖所示,當上官開放時,此時已關閉。 自上官開通以來,應該引入DV / DT的概念。 這是更抽象的,無論如何,簡單和流行的是上管的開口。 此時,上管相當于直通,DC400V電壓立即加到下管的C級。 這種高電壓立即從IGBT的寄生電容產生感應電流。 該感應電流具有計算電流的公式。 在RG電阻和驅動器內部電阻的共同作用下,在下管的柵極上形成尖峰電壓,如上面示波器的屏幕​​截圖所示。 到目前為止,還沒有介紹米勒電容的概念,這些都是可以理解的。 然后,看看規格,米勒電容是什么,以及它如何影響電路,這很容易理解。

    這種尖峰有許多缺點。 從上面的示波器截圖中可以看出,在高峰時間,下管實際上已達到7V的電壓。 也就是說,在峰值期間,通常打開上管和下管。 下管的導通時間短,但由于TON的時間關系在內部,因此該電流不會太大。 管子不會油炸,但會加熱。 隨著傳輸功率的增加,這種情況將更加嚴重,并極大地影響效率。

    二.電流采集電路

    說到這一步,距離保護并不遙遠。 我的經驗是,當前的采集速度非常快,因此可以在過流或短路時快速告知電流電路 - >,這里存在問題。 讓IGBT快速安全地關閉。

    如何實現這個電路? 對于逆變電路,我們可以直接使用電阻采樣,或者我們可以使用VCE管電壓降檢測方法。 管壓降檢測已經在本論壇中多次討論過,但是沒有一個可以使用,實際應用中,測試電路(專用驅動芯片除外),因為每個實際應用的參數都有很大差異。 例如,如果IGBT參數不同,則需要調整許多參數,并且需要一些經驗來進行調整。

    我們可以用最簡單的方法開始,用一個電阻來檢測這個電流,短路,可以在電阻上產生電壓降,比較器與這個電壓比較,最后是否有過流或短路信號。

    這個圖可以用,因為原理很簡單,而且效果比較,每個人都會很容易實現,沒有很多參數可以調整。

    上圖是采樣H橋接地的電流。 例如,如果IGBT為40A,我們可以采取約2倍的峰值電流,即80A,對應上圖,RS為0.01R,如果電流超過80A脈沖電流A電壓為0.01R * 80A = 電阻器上產生0.8V電壓。 該電壓為R11,C11消隱到比較器的末端。 與 - 端子的參考電壓相比,圖表上的 - 終端參考電阻設置不正確。 請單獨計算。 在本例中,5.1K和1K電阻可分別分為0.81V至 - 端子。 如果采樣電阻RS上的電壓超過0.8V,比較器將立即翻轉并輸出SD 5V電平。 在外部電路中。 這種變化的電平信號是我們接下來需要使用短路過電流的信號。

    有了這個信號,我們如何關閉IGBT? 我們可以看到情況是軟關機還是直接硬停機。

    采用軟關斷,可以有效防止電路在關機時電壓上升。 關斷特性非常柔軟,非常柔和,非常適合高壓和大功率驅動電路。

    如果采用硬關斷,可能會導致高壓直流電壓過沖。 例如,第一個圖中的DC400V高壓可能瞬間變為DC600V。 當時,當我讀到一些記錄時,很難理解:它已關閉,高壓是否還在上升? 實際情況是真實的。

    如果您很難理解,可以進行測試。 家里有一座水塔。 最清澈的水塔位于很高的樓層。 水龍頭在一樓,水龍頭打開,水離開,然后水龍頭以非常快的速度關閉。 我會聽到水管的聲音,甚至水管都會振動。  (我不知道它是不對的,請做個好手指。這是一個介紹水龍頭的例子。感謝我的閱讀,老師看到我們太傻了,談論三極管功能原理的類比 我想在此感謝他,橋接電路中IGBT的原理相同。當IGBT嚴重短路時,如果IGBT立即關斷,它只會在母線上產生過壓感應電壓(至于 為什么過沖可以檢查相關信息,很多信息說,管可以抵抗過去,如你有一個非常好的緩沖電容與直流高壓母線,多個吸收電路等并聯...

    另外,管子在關閉時會失效,如果它關閉就沒用了。 由于過沖電壓,IGBT仍然會短路,這種短路無法恢復,并且會立即損壞很多電路。 有時這種現象可能是由于沒有超壓造成的。 這種失效原理的具體模型對我來說是未知的,但可以想象它可能是由于與管和米勒電容相關的其他寄生電容的失效或由于過電流引起的。 當發生短路信號時,IGBT已經發生了擎柱效應就算去關,關也關不死了。


    還有第三種方式,稱為:二次關機,這種方式只是檢測短路,過流信號,PWM,此脈沖不是為了軟關閉或直接關閉,而是此時相應的VGE驅動脈沖電壓 降低到大約8V以確定它是否仍然處于過電流或短路區域。 如果仍然如此,繼續使用此8V驅動器直到設定時間,例如多個us或立即關閉,如果是,則PWM將恢復正常。 這種方式一般可能看不太多,所以我們不做深入的研究。


    明白了這一點,我們可以看一下情況,具體采用那些關機方式,一般在2KW級,DC380V,直接采取硬關機就可以滿足要求,只需要在H橋上并聯吸收好電容,A 可以使用600V IGBT。


    關鍵是檢測時間應該快,檢測應該快速關閉。 只有在快速完成時,IGBT才會燃燒。

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