Court-circuit de l'IGBT dans le système et sa protection

résumé

Cet article discute principalement brièvement de plusieurs protections contre les courts-circuits couramment utilisées de l'IGBT dans les systèmes de faible tension de petite et moyenne puissance, et présente principalement la manière d'utiliser la détection Vce. Le principe de fonctionnement de la protection contre les courts-circuits et la rationalité de la conception du circuit de protection sont brièvement expliqués.

Introduction du schéma de protection contre les courts-circuits

Dans la conception courante de protection contre les courts-circuits, l'échantillonnage du courant a principalement trois façons, respectivement : détection de résistance shunt N-BUS (zéro

ligne), détection de Hall de sortie, détection de tension Vce.

graphique 1

Le signal de tension est utilisé en connectant une petite résistance pour déterminer le court-circuit dans le circuit de bus. Cette méthode présente une grande précision et sensibilité, et peut protéger le court-circuit à la terre, l'inconvénient est qu'elle convient uniquement aux petites machines électriques, la puissance de résistance à courant élevé est trop élevée.

Comme le temps de réponse de Hall continue à s'améliorer, il a non seulement la fonction de convertir la taille du courant, mais protège également le courant de court-circuit à travers le circuit matériel. En raison des problèmes de temps de réponse de la détection de Hall, la fiabilité était relativement inférieure aux deux autres méthodes. Le capteur Hall n'est pas disponible car il est installé à l'extrémité de sortie

La méthode protège le tuyau supérieur et inférieur à travers.

La protection IGBT à couplage photoélectrique est réalisée en détectant la tension C-E, et selon la relation entre Vce et Ic, lorsque Ic augmente rapidement, Vce suit. Lorsque la valeur de Vce atteint la tension de point de protection, le couplage optique s'éteindra automatiquement et enverra le signal d'erreur au DSP, le processus entier se déroule généralement entre 5 et 10 µs. Parce qu'une telle protection est très sensible et a une faible précision, elle convient uniquement à la protection contre les courts-circuits. La figure 2 montre le diagramme de Vce et Ic de GD200HFL120C2S. Avec l'augmentation de Vce, l'augmentation de IC augmente. Le Ic à + 7V dépasse en réalité largement le courant de court-circuit du module. Lors de la réalisation du test de court-circuit dynamique, L, Vg, tr, tf et d'autres paramètres sont strictement et stablement contrôlés, et le courant est généralement contrôlé à 8-10 fois Ic, comme le montre la figure 3. Cependant, le court-circuit est testé sur le système, et le courant augmentera souvent en raison des caractéristiques de commutation, de la charge du circuit et des interférences.

Protection commune contre les courts-circuits pour piloter le couplage optique

(I) PC929

PC929 est un couplage optique à entraînement commun dans l'industrie des onduleurs, avec une fonction de protection contre les courts-circuits (PC923 sans protection). Parce que son courant de crête de sortie n'est que de 0,4A, il est nécessaire d'amplifier à l'arrière pour piloter les IGBT de haute puissance. La quantité de courant du module que le PC929 peut piloter dépend du choix du tube. Tant que le PC929 peut pousser le tube et que le tube peut pousser l'IGBT, alors cela peut être réalisé.

La figure 3 montre le circuit de protection interne du PC929 :

1. Lorsque l'IGBT est éteint, la tension C de la broche 9 est ramenée à zéro.

2. Lorsque l'IGBT est allumé, Vcc charge le Cp à travers Rc, avec une tension de charge dépassant + 7V, et O2 transmet

Avec l'extinction douce, FS envoie le signal d'erreur CPU en même temps, FS est efficace au niveau bas, et la vitesse de charge de Cp est déterminée par Rc et Cp.

3. Lorsque l'IGBT est éteint, C est rapidement ramené vers le bas, et la vitesse de descente est beaucoup plus grande que la vitesse d'extinction de l'IGBT.

De nombreuses personnes réfléchissent que P C 929 est enclin à des dysfonctionnements, mais le mécanisme de dysfonctionnement n'est pas très clair. Certaines personnes pensent que le temps de protection est trop court, tandis que d'autres pensent que la chute de pression de l'IGBT est trop importante. Discutons alors de la raison pour laquelle P C 929 dysfonctionne, ce qui est très important pour la conception du circuit de protection de l'IGBT.

En théorie, plus le Vce (sat) est grand, plus le IGBT atteint rapidement la tension de protection + 7V dans la zone linéaire, ce qui est correct, mais n'est pas la cause du dysfonctionnement. La valeur de Ic correspondant à la chute de pression de saturation de + 7V est bien supérieure à la chute de pression de saturation du courant de surcharge maximal, tandis que la chute de pression de la puce générale est seulement en dessous de 1V, et cet écart ne causera pas de dysfonctionnement dans l'état non court-circuit.

Lorsque l'IGBT est ouvert normalement, la principale raison de l'erreur de protection erronée est le moment où V c e chute lorsque l'IGBT s'ouvre, et le temps de charge de C p. Voir la figure 4.

L'alimentation Vcc charge le Cp à travers le Rc, avec la tension de charge de Ucp.

Si Vce descend le long d'un chemin, alors Vce est tombé en dessous de + 7V avant que Ucp n'atteigne + 7V, alors la tension de la broche 9 n'apparaît pas au-dessus de + 7V.

Si Vce chute sur le chemin c, alors Vce est toujours au-dessus de + 7V lorsque Ucp atteint + 7V, puis la détection de tension à 9 pieds apparaîtra au-dessus de + 7V, sautera la protection contre les courts-circuits.

Conclusion : Pour éviter une action d'ouverture erronée, vous pouvez prolonger le temps de charge ou accélérer un peu la vitesse d'ouverture.

(2) 316J

Le 316J est également largement utilisé pour la commande des IGBT et le couplage optique avec détection de Vce. La plus grande différence par rapport au PC929 est que le 316J est capable de piloter directement le module 150A sans avoir besoin de tubes. En termes de mécanisme de protection, il est également très similaire au PC929. Voir Figure 5 : lorsque l'IGBT est éteint, DESAT (14) est tiré à la terre via un MOSFET MO haute vitesse, le MOSFET est éteint après l'ouverture de l'IGBT, et les broches 14 sont chargées via une source de courant interne et un condensateur, et la tension augmente de plus de +7V et le 316J se protège. Le PC929 charge le condensateur avec Vcc à travers une résistance ; le 316J charge directement le condensateur à travers la source de courant interne. Comme le condensateur est chargé avec une source de courant constant, le temps de charge peut également être calculé plus précisément:

t=CV / I, sélectionnez C=100p

t =100p *7V /250u A =2.8u s

Cela signifie que le Vce doit chuter en dessous de + 7V en 2.8µs, sinon il sera retardé.

graphique 6

Introduction de l'expérience de protection contre les courts-circuits

La protection contre les courts-circuits peut être divisée en court-circuit alternatif selon la forme du court-circuit, court-circuit relatif. Mais peu importe le type de court-circuit, pour qu'un courant circule, il doit constituer une boucle, donc dans la conception de la protection contre les courts-circuits, il peut être détecté à n'importe quelle position du circuit, bien sûr, l'effet n'est pas le même. En général, nous choisissons de détecter le V c e

La tension, car elle est relativement efficace et fiable.

Dans le test de protection contre les courts-circuits de phase de l'industrie des onduleurs, il y a d'abord un court-circuit après l'opération et d'abord une exécution après un court-circuit. La condition de court-circuit de la première est relativement simple, la sortie a été court-circuitée, lorsque le signal d'ouverture arrive, le courant commence à augmenter ; la condition de la seconde est plus complexe, lorsque le système fonctionne, la position du court-circuit peut être à n'importe quel point dans le cycle de travail, donc la forme d'onde de chaque court-circuit est également très différente. Alors, quel courant protecteur est plus grand ? Après des tests sur le système, nous avons constaté que lors du court-circuit pendant le fonctionnement, le courant peut monter plus haut, car le court-circuit lorsque l'IGBT s'ouvre, Vg est augmenté plus, et le I c dans la région linéaire est principalement affecté par Vg.

I r es =C r es *dv /d t

∆ Vg=Ires*(Rg+Ri int)

I c =K (V g -V t h )2

La figure 7 montre la forme d'onde en court-circuit mesurée sur le testeur dynamique. Nous constatons qu'après l'augmentation progressive de I sc, elle est limitée par la puce elle-même. La tension de grille Vg n'a pas été fortement perturbée pendant tout le processus.

La figure 8 montre la forme d'onde en court-circuit du module 1200V / 50A sur le convertisseur de fréquence.

- -t 1: dv / d t affecte continuellement V g; I sc est en hausse, la pente est déterminée par l'inductance de charge parasite L, Isc=K (Vg-Vth) 2

- -t2: dv / dt arrête d'affecter Vg, Vg diminue, et Isc diminue avec Vg.

- -t3: Vg est stable et Isc est stable.

- -t4: IGBT éteint, Isc réduit, Vce=Vdc + di / dt * Lbus, donc le dépassement de tension.