आईजीबीटी संकीर्ण पल्स घटना की व्याख्या

नैरो पल्स फेनोमेनन क्या है?

एक प्रकार के पावर स्विच के रूप में, आईजीबीटी को गेट लेवल सिग्नल से लेकर डिवाइस स्विचिंग प्रक्रिया तक एक निश्चित प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है, जैसे जीवन में गेट को स्विच करने के लिए हाथ को बहुत तेजी से दबाना आसान होता है, बहुत कम खुलने वाली पल्स बहुत अधिक हो सकती है वोल्टेज स्पाइक्स या उच्च आवृत्ति दोलन समस्याएं।यह घटना समय-समय पर असहाय रूप से घटित होती है क्योंकि आईजीबीटी उच्च-आवृत्ति पीडब्लूएम मॉड्यूलेटेड सिग्नल द्वारा संचालित होता है।कर्तव्य चक्र जितना छोटा होगा, संकीर्ण दालों को आउटपुट करना उतना ही आसान होगा, और हार्ड-स्विचिंग नवीनीकरण के दौरान आईजीबीटी एंटी-पैरेलल नवीनीकरण डायोड एफडब्ल्यूडी की रिवर्स रिकवरी विशेषताएँ तेज़ हो जाती हैं।1700V/1000A IGBT4 E4 तक, जंक्शन तापमान Tvj.op = 150 ℃ में विनिर्देश, स्विचिंग समय tdon = 0.6us, tr = 0.12us और tdoff = 1.3us, tf = 0.59us, संकीर्ण पल्स चौड़ाई कम नहीं हो सकती विनिर्देशन स्विचिंग समय के योग से।व्यवहार में, फोटोवोल्टिक और ऊर्जा भंडारण जैसी विभिन्न लोड विशेषताओं के कारण जब पावर फैक्टर +/-1 होता है, तो संकीर्ण पल्स वर्तमान शून्य बिंदु के पास दिखाई देगी, जैसे प्रतिक्रियाशील पावर जनरेटर एसवीजी, सक्रिय फ़िल्टर एपीएफ पावर फैक्टर 0, संकीर्ण पल्स अधिकतम लोड करंट के पास दिखाई देगी, शून्य बिंदु के पास करंट का वास्तविक अनुप्रयोग आउटपुट तरंग उच्च-आवृत्ति दोलन पर दिखाई देने की अधिक संभावना है, ईएमआई समस्याएं उत्पन्न होती हैं।

कारण की संकीर्ण नाड़ी घटना

सेमीकंडक्टर बुनियादी सिद्धांतों से, संकीर्ण पल्स घटना का मुख्य कारण आईजीबीटी या एफडब्ल्यूडी के कारण है जो अभी चालू होना शुरू हुआ है, तुरंत वाहक से भरा नहीं है, जब आईजीबीटी या डायोड चिप को बंद करते समय वाहक फैल जाता है, तो वाहक की तुलना में पूरी तरह से शटडाउन के बाद भरा, di/dt बढ़ सकता है।संबंधित उच्च आईजीबीटी टर्न-ऑफ ओवरवॉल्टेज कम्यूटेशन स्ट्रे इंडक्शन के तहत उत्पन्न होगा, जो डायोड रिवर्स रिकवरी करंट में अचानक बदलाव का कारण बन सकता है और इस प्रकार स्नैप-ऑफ घटना हो सकती है।हालाँकि, यह घटना आईजीबीटी और एफडब्ल्यूडी चिप प्रौद्योगिकी, डिवाइस वोल्टेज और करंट से निकटता से संबंधित है।

सबसे पहले, हमें क्लासिक डबल पल्स योजनाबद्ध से शुरू करना होगा, निम्नलिखित आंकड़ा आईजीबीटी गेट ड्राइव वोल्टेज, करंट और वोल्टेज के स्विचिंग लॉजिक को दर्शाता है।आईजीबीटी के ड्राइविंग तर्क से, इसे संकीर्ण पल्स ऑफ टाइम टॉफ में विभाजित किया जा सकता है, जो वास्तव में डायोड एफडब्ल्यूडी के सकारात्मक चालन समय टन से मेल खाता है, जिसका रिवर्स रिकवरी पीक करंट और रिकवरी गति पर बहुत प्रभाव पड़ता है, जैसे बिंदु ए चित्र में, रिवर्स रिकवरी की अधिकतम शिखर शक्ति FWD SOA की सीमा से अधिक नहीं हो सकती;और संकीर्ण पल्स टर्न-ऑन टाइम टन, इसका आईजीबीटी टर्न-ऑफ प्रक्रिया पर अपेक्षाकृत बड़ा प्रभाव पड़ता है, जैसे कि चित्र में बिंदु बी, मुख्य रूप से आईजीबीटी टर्न-ऑफ वोल्टेज स्पाइक्स और वर्तमान अनुगामी दोलन।

लेकिन बहुत संकीर्ण पल्स डिवाइस टर्न-ऑन-ऑफ क्या समस्याएं पैदा करेगा?व्यवहार में, न्यूनतम पल्स चौड़ाई सीमा क्या उचित है?इन समस्याओं के लिए सिद्धांतों और सूत्रों के साथ सीधे गणना करने के लिए सार्वभौमिक सूत्र प्राप्त करना कठिन है, सैद्धांतिक विश्लेषण और अनुसंधान भी अपेक्षाकृत छोटा है।वास्तविक परीक्षण तरंग और परिणामों से लेकर ग्राफ़ को देखने, विश्लेषण करने और एप्लिकेशन की विशेषताओं और सामान्यताओं का सारांश देखने के लिए, आपको इस घटना को समझने में मदद करने के लिए और अधिक अनुकूल है, और फिर समस्याओं से बचने के लिए डिज़ाइन को अनुकूलित करें।

आईजीबीटी नैरो पल्स टर्न-ऑन

एक सक्रिय स्विच के रूप में आईजीबीटी, इस घटना के बारे में बात करने के लिए ग्राफ को देखने के लिए वास्तविक मामलों का उपयोग करना अधिक ठोस है, कुछ सामग्री सूखी वस्तुओं के लिए।

परीक्षण वस्तु के रूप में उच्च-शक्ति मॉड्यूल IGBT4 PrimePACK™ FF1000R17IE4 का उपयोग करते हुए, Vce=800V, Ic=500A, Rg=1.7Ω Vge=+/-15V, Ta= की शर्तों के तहत टन बदलने पर डिवाइस विशेषताओं को बंद कर देता है। 25℃, लाल कलेक्टर आईसी है, नीला आईजीबीटी वीसीई के दोनों सिरों पर वोल्टेज है, हरा ड्राइव वोल्टेज वीजीई है।वीजीई.इस वोल्टेज स्पाइक Vcep के परिवर्तन को देखने के लिए पल्स टन 2us से घटकर 1.3us हो जाता है, निम्न चित्र परिवर्तन प्रक्रिया को देखने के लिए परीक्षण तरंग को उत्तरोत्तर दिखाता है, विशेष रूप से सर्कल में दिखाया गया है।

जब टन वर्तमान आईसी को बदलता है, तो Vce आयाम में टन के कारण होने वाली विशेषताओं में परिवर्तन को देखने के लिए।बाएँ और दाएँ ग्राफ़ क्रमशः समान Vce=800V और 1000V स्थितियों के तहत विभिन्न Ic धाराओं पर वोल्टेज स्पाइक्स Vce_peak दिखाते हैं।संबंधित परीक्षण परिणामों से, छोटे धाराओं पर वोल्टेज स्पाइक्स Vce_peak पर टन का अपेक्षाकृत छोटा प्रभाव पड़ता है;जब टर्न-ऑफ करंट बढ़ता है, तो संकीर्ण पल्स टर्न-ऑफ से करंट में अचानक परिवर्तन होने का खतरा होता है और बाद में उच्च वोल्टेज स्पाइक्स का कारण बनता है।तुलना के लिए बाएँ और दाएँ ग्राफ़ को निर्देशांक के रूप में लेते हुए, Vce और करंट Ic अधिक होने पर टन का शटडाउन प्रक्रिया पर अधिक प्रभाव पड़ता है, और अचानक करंट परिवर्तन होने की अधिक संभावना होती है।इस उदाहरण को देखने के लिए परीक्षण से FF1000R17IE4, न्यूनतम पल्स टन सबसे उचित समय 3us से कम नहीं है।

क्या इस मुद्दे पर उच्च वर्तमान मॉड्यूल और निम्न वर्तमान मॉड्यूल के प्रदर्शन के बीच कोई अंतर है?उदाहरण के तौर पर FF450R12ME3 मीडियम पावर मॉड्यूल को लें, निम्न चित्र वोल्टेज ओवरशूट दिखाता है जब टन विभिन्न परीक्षण धाराओं आईसी के लिए बदलता है।

इसी तरह के परिणाम, टर्न-ऑफ वोल्टेज ओवरशूट पर टन का प्रभाव 1/10*आईसी से कम वर्तमान स्थितियों में नगण्य है।जब करंट को 450A के रेटेड करंट या यहां तक ​​कि 900A के 2*Ic करंट तक बढ़ाया जाता है, तो टन चौड़ाई के साथ वोल्टेज ओवरशूट बहुत स्पष्ट होता है।अत्यधिक परिस्थितियों में परिचालन स्थितियों की विशेषताओं के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, 1350A के रेटेड वर्तमान का 3 गुना, वोल्टेज स्पाइक्स अवरुद्ध वोल्टेज से अधिक हो गए हैं, जो टन चौड़ाई से स्वतंत्र, एक निश्चित वोल्टेज स्तर पर चिप में एम्बेडेड होते हैं। .

निम्नलिखित आंकड़ा Vce=700V और Ic=900A पर टन=1us और 20us के तुलनात्मक परीक्षण तरंगरूप दिखाता है।वास्तविक परीक्षण से, टन = 1us पर मॉड्यूल पल्स चौड़ाई दोलन करना शुरू कर दिया है, और वोल्टेज स्पाइक Vcep टन = 20us से 80V अधिक है।इसलिए, यह अनुशंसा की जाती है कि न्यूनतम पल्स समय 1us से कम नहीं होना चाहिए।

FWD नैरो पल्स टर्न-ऑन

हाफ-ब्रिज सर्किट में, आईजीबीटी टर्न-ऑफ पल्स टॉफ एफडब्ल्यूडी टर्न-ऑन टाइम टन से मेल खाता है।नीचे दिए गए आंकड़े से पता चलता है कि जब FWD टर्न-ऑन समय 2us से कम होता है, तो FWD रिवर्स करंट पीक 450A के रेटेड करंट पर बढ़ जाएगा।जब टॉफ 2us से अधिक होता है, तो शिखर FWD रिवर्स रिकवरी करंट मूल रूप से अपरिवर्तित होता है।

IGBT5 PrimePACK™3 + FF1800R17IP5 उच्च-शक्ति डायोड की विशेषताओं का निरीक्षण करने के लिए, विशेष रूप से टन परिवर्तन के साथ कम-वर्तमान स्थितियों के तहत, निम्न पंक्ति प्रत्यक्ष तुलना की छोटी वर्तमान IF = 20A स्थितियों में VR = 900V, 1200V स्थितियों को दिखाती है। दो तरंग रूपों में से, यह स्पष्ट है कि जब टन = 3us, ऑसिलोस्कोप इस उच्च आवृत्ति दोलन के आयाम को पकड़ने में असमर्थ है।इससे यह भी साबित होता है कि उच्च-शक्ति डिवाइस अनुप्रयोगों में शून्य बिंदु पर लोड करंट की उच्च-आवृत्ति दोलन और एफडब्ल्यूडी शॉर्ट-टाइम रिवर्स रिकवरी प्रक्रिया निकटता से संबंधित हैं।

सहज तरंगरूप को देखने के बाद, इस प्रक्रिया को और अधिक परिमाणित करने और तुलना करने के लिए वास्तविक डेटा का उपयोग करें।डायोड का डीवी/डीटी और डीआई/डीटी टॉफ के साथ बदलता रहता है, और एफडब्ल्यूडी चालन समय जितना छोटा होगा, इसकी रिवर्स विशेषताएं उतनी ही तेज हो जाएंगी।जब एफडब्ल्यूडी के दोनों सिरों पर वीआर जितना अधिक होगा, डायोड चालन पल्स संकीर्ण हो जाएगा, इसकी डायोड रिवर्स रिकवरी गति तेज हो जाएगी, विशेष रूप से टन = 3us स्थितियों में डेटा को देखते हुए।

वीआर = 1200 वी जब।

डीवी/डीटी=44.3केवी/यूएस;di/dt=14kA/us.

VR=900V पर.

डीवी/डीटी=32.1केवी/यूएस;di/dt=12.9kA/us.

टन = 3us को ध्यान में रखते हुए, तरंगरूप उच्च-आवृत्ति दोलन अधिक तीव्र है, और डायोड सुरक्षित कार्य क्षेत्र से परे, डायोड FWD दृष्टिकोण से ऑन-टाइम 3us से कम नहीं होना चाहिए।

उपरोक्त उच्च-वोल्टेज 3.3kV IGBT के विनिर्देश में, FWD फॉरवर्ड चालन समय टन को स्पष्ट रूप से परिभाषित और आवश्यक किया गया है, उदाहरण के रूप में 2400A/3.3kV HE3 लेते हुए, 10us का न्यूनतम डायोड चालन समय स्पष्ट रूप से एक सीमा के रूप में दिया गया है, जिसका मुख्य कारण यह है कि उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में सिस्टम सर्किट आवारा अधिष्ठापन अपेक्षाकृत बड़ा है, स्विचिंग समय अपेक्षाकृत लंबा है, और डिवाइस खोलने की प्रक्रिया में क्षणिक अधिकतम स्वीकार्य डायोड बिजली खपत पीआरक्यूएम से अधिक होना आसान है।

मॉड्यूल के वास्तविक परीक्षण तरंगरूपों और परिणामों से, ग्राफ़ देखें और कुछ बुनियादी सारांशों के बारे में बात करें।

1. आईजीबीटी पर पल्स चौड़ाई टन का प्रभाव छोटे करंट को बंद कर देता है (लगभग 1/10*आईसी) छोटा है और वास्तव में इसे नजरअंदाज किया जा सकता है।

2. उच्च धारा को बंद करते समय आईजीबीटी की पल्स चौड़ाई टन पर एक निश्चित निर्भरता होती है, जितना छोटा टन उतना अधिक वोल्टेज स्पाइक वी, और टर्न-ऑफ वर्तमान अनुगामी अचानक बदल जाएगा और उच्च आवृत्ति दोलन होगा।

3. एफडब्ल्यूडी विशेषताएं रिवर्स रिकवरी प्रक्रिया को तेज करती हैं क्योंकि ऑन-टाइम कम हो जाता है, और एफडब्ल्यूडी ऑन-टाइम कम होने से बड़ी डीवी/डीटी और डीआई/डीटी हो जाएगी, खासकर कम-वर्तमान परिस्थितियों में।इसके अलावा, उच्च-वोल्टेज आईजीबीटी को एक स्पष्ट न्यूनतम डायोड टर्न-ऑन समय टनमिन = 10us दिया जाता है।

पेपर में वास्तविक परीक्षण तरंगों ने कुछ संदर्भों को भूमिका निभाने के लिए न्यूनतम समय दिया है।

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