3.6.3. Требования к мощности цепей управления затвором

При переключении IGBT, энергия, потребляемая от источника электропитания цепей управления затвором, является функцией напряжения V_GE – перехода от отрицательного смещения к положительному, а также функцией суммарного заряда на затворе Q_G и рабочей частоты f.

Рис. 3.30. Суммарный заряд на затворе при переключениях IGBT

Минимальная амплитуда тока I_GPK источника электропитания цепей управления:

Средняя мощность P_AV, требуемая для электропитания цепей управления:

,

где ;

Q_G - суммарный заряд на затворе (см. рис. 3.30.);

f - частота переключений.

3.7.3. Меры предосторожности при работе с igbt

Так как затворы IGBT изолированы от всех других проводящих областей, следует принять меры по предотвращению накопления статического электричества, которое может повредить область затвора. Все модули IGBT фирмы Митсубиси комплектуются проводящим поролоном, контактирующим с управляющими выводами затвора и эмиттера. Никогда не прикасайтесь к выводам затвора во время сборки и оставляйте проводящий поролон на выводах до тех пор, пока не будет выполнено стационарное соединение выводов затвора с остальной схемой. В общем, нужно следовать требованиям стандартов ESD, применимых к FET (полевым транзисторам).

К другим мерам предосторожности при работе, которые также необходимо соблюдать, относятся следующие:

• Используйте заземленную рабочую станцию с заземленным проводом и заземленные металлические браслеты на запястье при монтаже или подключении модулей IGBT.

• При снятии характеристик с помощью самопишущего устройства включите резистор 100 Ом последовательно в цепь затвора.

• Никогда не устанавливайте модули в систему при подключенном электропитании.

• Пользуйтесь паяльником с заземленным жалом при пайке к выводам затвора.

3.8. Параллельное включение igbt

IGBT Н-серий легко могут быть включены параллельно. Однако рекомендуется подбирать параллельно соединяемые устройства т.о., чтобы различие в напряжениях V_CE(sat) модулей было в пределах 0,3 В.

В таблице 3.3. представлены баланс токов и соотношение параметров при параллельной работе IGBT Н-серий.

Таблица 3.3. Параллельная работа модулей IGBT: факторы, связанные с распределением тока и их влияние

1 – Factors effecting current sharing		2 – Categories of current sharing
		3 – IGBT Switching		4 – Steady state
		5 – Turn on	6 – Turn off
Device characteristics - 7	ΔVCE (set) – 7a
	Δ Temperature - 8
Main Circuit – 9 Wiring Inductance-11	Δ L (Supply to device) - 10
	Δ L (Total loop incl. load) - 12
Drive Wiring - 13	Driver to device wiring length difference - 14
	Output impedance of driver - 15

1 - факторы, влияющие на распределение токов

2 - категории распределения тока

3 - переключение IGBT

4 - открытое состояние

5 - включение

6 - выключение

7 - характеристики устройства

7а - изменение напряжения насыщения

8 - изменение температуры

9 - ток сети

10 - питание устройства

11 - индуктивность монтажа

12 - весь контур, включая нагрузку

13 - разводка схемы управления

14 - разная длина проводов от схемы управления к модулю

15 - выходной импеданс схемы управления

16 - зависимость существует

17 - не зависит

18 - зависимость сомнительная или слабая

Как показано в табл. 3.3., согласование напряжений V_CE(sat) эффективно для обеспечения баланса модулей IGBT во включенном состоянии.

Рисунок 3.39. иллюстрирует этот результат для Н-серий. Для параллельной работы, когда используются устройства с напряжением V_CE(sat) одной “категории” (т.е. V_CE(sat) ± 0,3 В - ред. пер.), должны быть сделаны следующие снижения номинала:

Для устройства на 600 В: снижение I_C на 10%

Для устройств на 1200 В и 1400 В: снижение I_C на 15%

Для устройств на 1700 В: снижение I_C на 20%

Рис. 3.39. Модуль IGBT - параллельная работа

1 - применимое устройство: все IGBT Н-серий

Следующие требования применимы для параллельного включения модулей IGBT с регламентированным током 200А и более.

1. Каждая группа параллельно соединенных модулей IGBT должна иметь напряжение V_CE(sat) из рядов, указанных в таблице 3.4.

Таблица 3.4. Класс напряжения насыщения

Rank VCE (sat) (V); IC = Rated Value – 2; VGE = 15 V, Tj = 25 0C
C	1,70 ~ 1,95
D	1,90 ~ 2,15
E	2,10 ~ 2,35
F	2,30 ~ 2,55
G	2,50 ~ 2,80
H	2,75 ~ 3,05
J	3,00 ~ 3,30
K	3,25 ~ 3,55
L	3,50 ~ 3,80
M	3,75 ~ 4,05

1 – ряд

2 - регламентированное значение

2. Ряд по напряжению V_CE(sat) (буква G или H, или J и т.д.) обозначается белой краской на верхней поверхности модуля.

Для каждого параллельного соединения используются модули из одного и того же ряда по напряжению V_CE(sat). Для одного инвертора пользователь может применять модули IGBT различных классов по напряжению V_CE(sat); при этом в каждом параллельном плече они должны быть из одного ряда V_CE(sat).

Если параллельно подключаются более двух устройств, коэффициент снижения тока определяется по следующей формуле:

x = 0,1 для устройств на 600 В

x = 0,15 для устройств на 1000/1200 В

n = количество параллельно подключаемых устройств

Например:

В случае параллельно соединенных четырех модулей IGBT класса 600 В формула следующая:

Тогда сниженный ток при 4-х параллельных модулях на 300 А:

Согласование напряжения V_CE(sat) внутри ряда обеспечивает равномерное распределение тока во время открытого состояния IGBT, но не устраняет разбаланс при включении и выключении. Как видно из таблицы 3.3., существует несколько факторов, влияющих на динамический баланс тока.

Разница температур между параллельно соединенными устройствами имеет сильное влияние как на статическое, так и на динамическое распределение тока. Влияние на статическое распределение тока оказывает главным образом напряжение V_CE(sat) и зависит оно от величины рабочего тока. Влияние на динамическое распределение из-за температуры определяется, главным образом, температурной зависимостью времени задержки. Следует убедиться, что параллельно соединенные модули IGBT работают с одинаковыми температурами корпуса.

`Оставшиеся факторы в табл. 3.3., влияющие на распределение тока, относятся к компоновке схемы - как силовой цепи, так и цепей управления. Для сведения до минимума разбаланса токов следует обеспечить симметричную индуктивность минимальной величины.

Для устранения проблем, связанных с образованием замкнутых контуров в цепях заземления, рекомендуемый номинал R_G должен быть разделен на части и небольшая часть общего сопротивления R_G должна быть включена в каждый обратный проводник цепи управления затвором.

Примечание.

Может оказаться, что IGBT Н-серий имеют отрицательный температурный коэффициент в широком диапазоне токов коллектора. Это не препятствует параллельной работе и фактически является преимуществом, т.к. дает более низкие потери проводимости при повышенной температуре р-п перехода. Однородность характеристик по напряжению V_CE(sat) IGBT Н-серий как функции тока и температуры делают возможным параллельное включение IGBT т.о., что когда группа по напряжению V_CE выбрана, параллельные токи будут распределяться в пределах заданного коэффициента снижения.

40