3.4.5. Характеристики переключений

Время переключений, указанное в справочных данных как электрические характеристики, дано для переключения резистивной нагрузки, а кривые рабочих характеристик представлены для полумостовой индуктивной нагрузки. Время переключений определяется по рис.3.9. и показано на рисунке 3.21b.

t_on = t_d(on) + t_r t_off = t_d(off) + t_f

Время задержки включения t_d(on) – это время, требуемое для притягивания избыточных электронов в область, находящуюся непосредственно под затвором.

Время нарастания t_r - это время, требуемое для увеличения тока коллектора от 10% до 90% его конечного значения. Время нарастания ограничивается, главным образом, характеристиками импеданса затвора, которые частично являются функцией геометрии контакта затвора и частично - функцией входных емкостей, рассмотренных выше.

Рис. 3.21b. Характеристики переключения полумостовой схемы (типовые)

1 - время переключений (нс)

2 - ток коллектора, I_C (в амперах)

Время задержки выключения t_d(off) определяется, главным образом, емкостью затвора, ограничивающей скорость разряда области под затвором. Поскольку зарядам не требуется покидать силиконовый кристалл, как в случае с биполярными устройствами, время задержки выключения IGBT значительно короче, чем время сохранения заряда у биполярных устройств.

Время спада t_f не зависит от емкости устройства. Оно включает время, необходимое для рекомбинации избыточных носителей, накопленных в п- буфере (хвостовая часть тока).

3.4.6. Характеристики обратного диода

На рисунке 3.22. показано падение напряжения V_CE между анодом и катодом при протекании прямого тока через обратный диод.

Рис.3.22. Прямые характеристики обратного диода (типовые значения)

1 – отрицательный ток коллектора (в амперах)

2 – напряжение эмиттер – коллектор (в вольтах)

Рис.3.23. Типовые характеристики обратного восстановления антипараллельного диода

1 – время обратного восстановления (нс)

2 – ток обратного восстановления (амперы)

3 – ток эмиттера (амперы)

Типовые характеристики обратного восстановления антипараллельного диода показаны на рисунке 3.23. Измерения выполнены для схемы, работающей как полумост с индуктивной нагрузкой (рис. 3.10.)

Малые значения времени t_rr и тока I_rr, а также их относительная независимость от прямого тока являются уникальной особенностью обратных диодов, примененных в модулях IGBT Н-серий.

3.5.Выбор igbt

Надлежащий выбор IGBT включает два ключевых момента. Оба они касаются поддержания IGBT в пределах максимальных регламентированных значений параметров в течение работы. Первым критерием является то, что амплитудное значение тока коллектора на промежутке выключения включая любые оговоренные условия перегрузки, должен быть в пределах SOA – области безопасной работы при переключении ( т.е. менее удвоенного номинального тока I_C ). Выбор IGBT по таблице 3.1 основан на требовании 200% перегрузки и допускает коэффициент пульсаций тока 120% при определении амплитудного значения тока IGBT, требуемого для инвертора.

Вторым критерием является то, что рабочая температура р-п перехода IGBT должна всегда поддерживаться ниже T_j(max) (150°C) во всех нормальных режимах работы, включая ожидаемую перегрузку электродвигателя. Рассеяние мощности и соображения относительно теплового расчета подробно обсуждались в разделе 2.4.

Модули, выбранные по табл. 3.1, будут удовлетворять требованиям при надлежащих условиях окружающей среды и правильно спроектированном теплоотводе. Можно использовать модули с более низким (высоким) регламентированным током, если улучшить (ухудшить) охлаждение .

Табл. 3.1а Таблица выбора IGBT для сети переменного тока напряжением 220 В. 1 - номинал двигателя (кВт)

1 – Motor Rating (kW)	2 – Inverter Rating (kVA)	3 – IGBT Modules for Inverter
0,75	1	CM 15 TF – 12 H
1,1	1,5	CM 15 TF – 12 H
1,5	2	CM 20 TF – 12 H
2,2	3	CM 30 TF – 12 H
3,7	5	CM 50 TF–12 H or CM 50 DY 12 Hx3
5,5	7,5	CM 75 TF–12 H or CM 75 DY 12 Hx3
7,5	10	CM 100 TF–12 H or CM 100 DY 12 Hx3
11	15	CM 150 TF–12 H or CM 150 DY 12 Hx3
15	20	CM 200 DY – 12 Hx3
18	25	CM 300 DY – 12 Hx3
22	30	CM 400 DY – 12 Hx3
30	40	CM 500 DY – 12 Hx3
37	50	CM 600 DY – 12 Hx3

2 - номинал инвертора (кВА) 3 - модули IGBT для инвертора

Табл. 3.1b Таблица выбора IGBT для сети переменного тока напряжением 460/480 В.

1 – Motor Rating (kW)	2 – Inverter Rating (kVA)	3 – IGBT Modules for Inverter
0,75	1	CM 15 TF – 24 H
1,1	1,5	CM 15 TF – 24 H
1,5	2	CM 20 TF – 24 H
2,2	3	CM 30 TF – 24 H
3,7	5	CM 30 TF – 24 H
5,5	7,5	CM 50 TF–24 H or CM 50 DY 24 Hx3
7,5	10	CM 50 TF–24 H or CM 50 DY 24 Hx3
11	15	CM 75 TF–24 H or CM 75 DY 24 Hx3
15	20	CM 100 TF–24 H or CM 100 DY 24 Hx3
18,5	25	CM 150 DY – 24 Hx3
22	30	CM 150 DY – 24 Hx3
30	40	CM 200 DY – 24 Hx3
37	50	CM 300 DY – 24 Hx3
45	60	CM 300 DY – 24 Hx3
55	75	CM 400 DY – 24 Hx3
75	100	CM 600 DY – 24 Hx3

1 - номинал двигателя (кВт)

2 - номинал инвертора (кВА)

3 - модули IGBT для инвертора

3.6. Управление затвором модуля IGBT

IGBT требует наличия напряжения на затворе для установления проводимости между коллектором и эмиттером. Это напряжение может быть подано на затвор с помощью разнообразных схем управления. Параметры, которые необходимо учитывать при выборе схемы управления, включают требования к выключающему смещению устройства, требования к заряду на затворе, требования по помехозащищенности и доступность источника электропитания.

Рекомендуемая схема управления показана на рисунке 3.26. У IGBT импеданс цепи “затвор - эмиттер” достаточно большой, чтобы можно было осуществлять включение аналогично управлению MOSFET, но так как входная емкость IGBT больше, чем у MOSFET, то включающее смещение IGBT должно быть сильнее, чем у многих MOSFET.

Рис. 3.26. Типовая схема управления затвором IGBT 1 - R_G : см. таблицу 3.2 или справочные данные для рекомендуемой величины