협맥박 현상이란 무엇입니까?
일종의 전원 스위치로서 IGBT는 게이트 레벨 신호에서 장치 전환 프로세스까지 일정한 반응 시간이 필요합니다. 인생에서 너무 빨리 손을 쥐어 게이트를 전환하는 것이 쉽고, 개방 펄스가 너무 짧으면 너무 높은 전압이 발생할 수 있는 것과 같습니다. 전압 스파이크 또는 고주파 발진 문제.IGBT가 고주파수 PWM 변조 신호에 의해 구동되기 때문에 이러한 현상은 때때로 무기력하게 발생합니다.듀티 사이클이 작을수록 좁은 펄스를 출력하기가 더 쉬워지며, 하드 스위칭 갱신 시 IGBT 역병렬 재생 다이오드 FWD의 역회복 특성이 더 빨라집니다.1700V/1000A IGBT4 E4의 경우 접합 온도 Tvj.op = 150 ℃, 스위칭 시간 tdon = 0.6us, tr = 0.12us 및 tdoff = 1.3us, tf = 0.59us의 사양, 좁은 펄스 폭은 더 작을 수 없습니다. 사양 전환 시간의 합보다.실제로 역률 +/- 1일 때 광전지 및 에너지 저장과 같은 다양한 부하 특성으로 인해 무효 전력 발전기 SVG, 능동 필터 APF 역률 0과 같이 현재 영점 근처에 좁은 펄스가 나타납니다. 좁은 펄스는 최대 부하 전류 근처에 나타나고 영점 근처의 실제 전류 적용은 출력 파형 고주파 발진에 나타날 가능성이 높으며 EMI 문제가 발생합니다.
원인의 협맥 현상
반도체 기본 원리에서 좁은 펄스 현상의 주요 원인은 IGBT 또는 다이오드 칩을 셧다운할 때 캐리어가 확산될 때 캐리어가 완전히 채워지지 않고 IGBT 또는 FWD가 방금 켜지기 시작했기 때문입니다. 종료 후 채워지면 di / dt가 증가할 수 있습니다.이에 상응하는 더 높은 IGBT 턴오프 과전압은 정류 기생 인덕턴스 아래에서 생성되며, 이로 인해 다이오드 역회복 전류가 급격하게 변경되어 스냅오프 현상이 발생할 수도 있습니다.그러나 이 현상은 IGBT 및 FWD 칩 기술, 장치 전압 및 전류와 밀접한 관련이 있습니다.
먼저, 고전적인 이중 펄스 회로도부터 시작해야 합니다. 다음 그림은 IGBT 게이트 구동 전압, 전류 및 전압의 스위칭 논리를 보여줍니다.IGBT의 구동 로직에서 좁은 펄스 오프 타임(toff)으로 나눌 수 있는데, 이는 실제로 다이오드 FWD의 양의 전도 시간(ton)에 해당하며 A점과 같이 역회복 피크 전류 및 회복 속도에 큰 영향을 미칩니다. 그림에서 역 복구의 최대 피크 전력은 FWD SOA의 한계를 초과할 수 없습니다.좁은 펄스 턴온 시간 톤은 그림의 B 지점, 주로 IGBT 턴오프 전압 스파이크 및 전류 후행 진동과 같은 IGBT 턴오프 프로세스에 상대적으로 큰 영향을 미칩니다.
그러나 너무 좁은 펄스 장치 켜기 끄기는 어떤 문제를 일으킬까요?실제로 합리적인 최소 펄스 폭 제한은 얼마입니까?이러한 문제는 이론과 공식을 가지고 직접 계산하는 보편적인 공식을 도출하기 어렵고, 이론적인 분석과 연구 또한 상대적으로 적습니다.실제 테스트 파형과 결과를 그래프로 보고 애플리케이션의 특성과 공통점을 분석하고 요약하면 이러한 현상을 이해하는 데 도움이 되며 문제를 방지하기 위해 설계를 최적화할 수 있습니다.
IGBT 협폭 펄스 턴온
활성 스위치인 IGBT는 실제 사례를 사용하여 그래프를 통해 이 현상을 설명하는 것이 더 설득력이 있으며 일부 재료가 건조된 제품을 가지고 있다는 것입니다.
고전력 모듈 IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4를 테스트 대상으로 사용하여 Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= 조건에서 톤 변화 시 디바이스 턴오프 특성 25℃, 빨간색은 컬렉터 Ic, 파란색은 IGBT 양단 전압 Vce, 녹색은 구동 전압 Vge입니다.Vge.펄스 톤은 2us에서 1.3us로 감소하여 이 전압 스파이크 Vcep의 변화를 확인합니다. 다음 그림은 특히 원에 표시된 변화 프로세스를 확인하기 위해 테스트 파형을 점진적으로 시각화합니다.
ton이 전류 Ic를 변화시키면 Vce 차원에서 ton으로 인한 특성 변화를 볼 수 있습니다.왼쪽과 오른쪽 그래프는 각각 동일한 Vce=800V 및 1000V 조건에서 서로 다른 전류 Ic에서 전압 스파이크 Vce_peak를 보여줍니다.각각의 테스트 결과에서 ton은 작은 전류에서 전압 스파이크 Vce_peak에 상대적으로 작은 영향을 미칩니다.턴오프 전류가 증가하면 좁은 펄스 턴오프는 전류의 급격한 변화를 일으키기 쉽고 결과적으로 높은 전압 스파이크를 유발합니다.비교를 위해 왼쪽과 오른쪽 그래프를 좌표로 보면 Vce와 전류 Ic가 높을수록 ton이 셧다운 프로세스에 더 큰 영향을 미치고 급격한 전류 변화를 일으킬 가능성이 더 높습니다.이 예제 FF1000R17IE4를 보기 위한 테스트에서 최소 펄스 톤은 3us 이상으로 가장 합리적인 시간입니다.
이 문제와 관련하여 고전류 모듈과 저전류 모듈의 성능에 차이가 있습니까?FF450R12ME3 중전력 모듈을 예로 들면 다음 그림은 다양한 테스트 전류 Ic에 대해 톤이 변할 때의 전압 오버슈트를 보여줍니다.
비슷한 결과, 턴오프 전압 오버슈트에 대한 톤의 영향은 1/10*Ic 미만의 저전류 조건에서는 무시할 수 있습니다.전류가 450A의 정격 전류 또는 심지어 900A의 2*Ic 전류로 증가되면 톤 폭에 따른 전압 오버슈트가 매우 분명해집니다.극한 조건에서 작동 조건의 특성 성능을 테스트하기 위해 정격 전류 1350A의 3배, 전압 스파이크가 차단 전압을 초과하여 톤 폭에 관계없이 특정 전압 레벨에서 칩에 내장되었습니다. .
다음 그림은 Vce=700V 및 Ic=900A에서 ton=1us 및 20us의 비교 테스트 파형을 보여줍니다.실제 테스트에서 ton=1us의 모듈 펄스 폭이 진동하기 시작했으며 전압 스파이크 Vcep는 ton=20us보다 80V 더 높습니다.따라서 최소 펄스 시간은 1us 이상일 것을 권장합니다.
FWD 좁은 펄스 켜기
하프 브리지 회로에서 IGBT 턴오프 펄스 toff는 FWD 턴온 시간 ton에 해당합니다.아래 그림은 FWD 턴온 시간이 2us 미만일 때 정격 전류 450A에서 FWD 역전류 피크가 증가함을 보여줍니다.toff가 2us보다 크면 피크 FWD 역회복 전류는 기본적으로 변하지 않습니다.
IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5는 특히 톤 변화가 있는 저전류 조건에서 고전력 다이오드의 특성을 관찰하기 위해 직접 비교의 소전류 IF = 20A 조건에서 VR = 900V, 1200V 조건을 보여줍니다. 두 파형 중 ton = 3us일 때 오실로스코프는 이 고주파 발진의 진폭을 유지할 수 없다는 것이 분명합니다.이는 또한 고전력 장치 애플리케이션에서 영점 이상의 부하 전류의 고주파 진동과 FWD 단시간 역회복 프로세스가 밀접한 관련이 있음을 입증합니다.
직관적인 파형을 살펴본 후 실제 데이터를 사용하여 이 프로세스를 더욱 정량화하고 비교합니다.다이오드의 dv/dt 및 di/dt는 toff에 따라 달라지며, FWD 전도 시간이 작을수록 역특성이 빨라집니다.FWD의 양쪽 끝에서 VR이 높을수록 다이오드 전도 펄스가 좁아짐에 따라 다이오드 역회복 속도가 가속화됩니다. 특히 ton = 3us 조건의 데이터를 보면 그렇습니다.
VR = 1200V일 때.
dv/dt=44.3kV/us;di/dt=14kA/us.
VR=900V에서.
dv/dt=32.1kV/us;di/dt=12.9kA/us.
ton=3us라는 관점에서 보면 파형 고주파 진동이 더 강하고 다이오드 안전 작업 영역을 넘어서 다이오드 FWD 관점에서 온 타임이 3us보다 작아서는 안 됩니다.
위의 고전압 3.3kV IGBT 사양에서는 FWD 순방향 전도 시간 ton이 명확하게 정의되어 요구되며, 2400A/3.3kV HE3를 예로 들면 최소 다이오드 전도 시간인 10us가 명확하게 제한되어 있습니다. 이는 주로 고전력 애플리케이션의 시스템 회로 부유 인덕턴스가 상대적으로 크고, 스위칭 시간이 상대적으로 길며, 장치 개방 과정에서 과도 현상이 최대 허용 다이오드 전력 소비 PRQM을 초과하기 쉽기 때문입니다.
실제 테스트 파형과 모듈의 결과를 그래프로 보고 몇 가지 기본 요약을 이야기해 보세요.
1. IGBT 턴오프에 대한 펄스 폭 톤의 영향 작은 전류(약 1/10*Ic)는 작으며 실제로 무시할 수 있습니다.
2. IGBT는 고전류를 끌 때 펄스 폭 ton에 특정 의존성을 가지며, 톤이 작을수록 전압 스파이크 V가 높아지고, 턴오프 전류 트레일링이 갑자기 변하고 고주파 진동이 발생합니다.
3. FWD 특성은 온 시간이 짧아짐에 따라 역회복 프로세스를 가속화하며, FWD 온 시간이 짧을수록 특히 저전류 조건에서 큰 dv/dt 및 di/dt가 발생합니다.또한 고전압 IGBT에는 명확한 최소 다이오드 턴온 시간 tonmin=10us가 제공됩니다.
논문의 실제 테스트 파형은 역할을 수행하기 위한 기준 최소 시간을 제공합니다.
Zhejiang NeoDen Technology Co., Ltd.는 2010년부터 다양한 소형 픽 앤 플레이스 기계를 제조 및 수출해 왔습니다. 풍부한 경험을 갖춘 R&D, 잘 훈련된 생산을 활용하여 NeoDen은 전 세계 고객으로부터 큰 평판을 얻습니다.
130개 이상의 국가에 전 세계적으로 진출한 NeoDen PNP 기계의 탁월한 성능, 높은 정확도 및 신뢰성은 R&D, 전문 프로토타입 제작 및 중소 규모 배치 생산에 적합합니다.우리는 원스톱 SMT 장비의 전문적인 솔루션을 제공합니다.
추가하다:중국 절강성 후저우시 안지현 톈즈후 타운 텐즈후 애비뉴 18호
핸드폰:86-571-26266266
게시 시간: 2022년 5월 24일