Вибір модуля, схеми драйвера, конструкції
Вибір модуля та конструкції
Оптимальні умови симетрії завжди ґрунтуються на малому відхиленні параметрів підключених послідовно модулів. Будь ласка, уникайте послідовного увімкнення модулів різних типів або різних виробників.
Схеми драйвера та силової частини повинні в основному розраховуватися на мінімальні паразитні індуктивності та строго симетричне розташування (див. також п. 3.7.1).
Для отримання оптимальних умов статичної симетрії потрібно зменшити вплив різних струмів замикання за допомогою паралельних резисторів.
Дотримуючись вказівок у п. 1.3.5.1, що проходить через паралельний резистор струм можна вибрати приблизно в 3-5 разів більше, ніж струм замикання транзистора.
Послідовно включені два IGBT модулі SKM400GA173D
У пристрої з напругою живлення 2400 В:
RP = 75.125 кОм PRp = 19.11 Вт
Оптимальні умови динамічної симетрії завжди ґрунтуються на малих відхиленнях часу проходження сигналу в драйвері.
Пасивні ланцюги снабберів
RC або RCD ланцюга можуть дуже ефективно підтримувати динамічну симетрію (див. рис.3.73). Ці ланцюги зменшують, потім балансують швидкість dv/dt при комутації (компенсацією нелінійності ємностей переходу). Однак, вимогою для більшості пасивних силових компонентів є висока надійність з RC або RCD ланцюгами, які повинні витримувати високу напругу. Ланцюги снабберів відповідають за перетворення значної частини втрат. Інший недолік у тому, що кількісна ефективність залежить від реальної робочої точки схеми. На відміну від цього, не потрібна додаткова схема управління, і буде достатньо використовувати стандартний драйвер.
Пасивні ланцюги разом з активними технологіями симетрування можуть використовуватися і з найгіршими параметрами, що виконано [45], [236]. Тут використані RC ланцюга з R = 3.3 Ом і С = 15 нФ при напрузі 2.4 кВ для послідовного з'єднання чотирьох 1200/600 А IGBT ключів.
Способи активного симетрування
Корекція часу комутації
На рис.3.74 показаний один із можливих способів динамічного симетрування напруги відповідно до принципу корекції часу комутації за рахунок затримки. Цей метод не вимагає додаткових силових компонентів. І в IGBT/MOSFET немає великих втрат. З іншого боку, цей метод пред'являє жорсткі вимоги до драйвера та схеми керування.
Принцип контролю dv/dt полягає в тому, що це опорне значення швидкості dv/dt одиночних модулів при комутації, в порівнянні з реальним значенням драйвера; різницю між цими значеннями передається у вихідний каскад драйвера. Тому може бути проблематичною точність та здатність відновлення взаємозв'язку або зворотного зв'язку реального значення dv/dt.
Якщо номінальне значення dv/dt менше, ніж «справжнє» dv/dt за жорсткої комутації, виникнуть додаткові втрати в силових транзисторах. Отже, конструкція драйвера має бути складнішою, стандартні драйвери можуть не підійти.
Простіше можна отримати контроль di/dt з індуктивним зворотним зв'язком по швидкості di/dt IGBT/MOSFET [9], [16].
Активне обмеження напруги/активна фіксація [37], [161], [236], [261]
Процес активного обмеженняхарактеризується контролем напруги колектор-емітер або сток-виток, і зворотним зв'язком на затвор через елемент Зенера (див. 3.6.3.2, рис.3.76).
Якщо напруга на транзисторі досягає максимуму, зростає напруга на затворі так, що робоча точка зсувається на активну ділянку вихідної характеристики відповідно до струму, що пропускається через колектор/сток. Додаткові втрати в транзисторі за активного обмеження порівняно малі. Активне обмеження впливає симетрію фронтів комутації.
Цей метод працює без тимчасових затримок, обмеження напруги залежить від робочої точки інвертора. Крім того, перевага в тому, що будь-який стандартний драйвер можна обладнати пристроєм фіксації, і забезпечуватиметься обмеження напруги для вимикання непаралельних діодів, і т.п.
Захист гарантовано навіть у разі несправності джерела живлення драйвера.
Концепція master-slave (ведучий-відомий) [110]
p align="justify"> Модифікація широко відомого принципу master-slave, який вироблений за тиристорною технологією, також застосовна для динамічного симетрування напруги (рис.3.77).
Тільки нижній ключ (master) оснащений повною схемою драйвера з допоміжним джерелом живлення та потенційно розділеним імпульсним входом управління. Це основна перевага принципу. Схема драйвера верхнього ключа складається тільки з вихідного каскаду. Розв'язка між master та slave виконується на діоді з високою зворотною напругою. Slave включиться щойно потенціал його емітера впаде рівня, коли зможе включиться розв'язуючий діод, тобто. з невеликим зрушенням у часі. Slave вимкнеться як тільки закриється діод, що розв'язує. В принципі, можна підключити каскадом кілька slave.
Поки така концепція здатна дуже добре покращити симетрування вимкнення, симетрування включення суворо обмежуватиметься. Тому рекомендується комбінувати master/slave та активне обмеження. Недолік поганого симетрування при включенні можна не враховувати у пристроях ZVS [110].
При послідовному включенні IGBT або MOSFET модулів необхідно додатково включити паралельні резистори з великим опором для статичного симетрування, передбачити пасивні та/або активні способи динамічного симетрування.
Крім активного обмеження, представлені варіанти будуть захищати тільки транзистор, тому будуть необхідні додаткові пасивні RC ланцюги для захисту зворотних діодів.
Комбінація активного обмеження та обмежуючих RC ланцюгів для симетрування фронтів комутації по відношенню до вимог схеми, надійності та функціональності [236].