Zabezpieczenie nadprądowe IGBT
Bez względu na uszkodzenia lub względy bezpieczeństwa, ochrona tranzystorów IGBT w warunkach przeciążenia jest kluczem do niezawodności systemu. IGBT nie są elementem odpornym na awarie. Jeśli ulegną awarii, mogą spowodować wybuch kondensatora szyny DC i spowodować awarię całego sterownika. Zabezpieczenie nadprądowe zwykle osiąga się za pomocą pomiaru prądu lub detekcji desaturacji. Rysunek 2 pokazuje te wskazówki.
W przypadku pomiaru prądu zarówno ramię falownika, jak i wyjście fazowe wymagają urządzeń pomiarowych, takich jak oporniki bocznikowe, do obsługi usterek w wyniku prześwitu i błędów uzwojenia silnika. Szybkie wykonanie obwodu wyłączającego w sterowniku i / lub sterowniku bramki musi wyłączyć IGBT w czasie, aby zapobiec upływowi czasu zwarcia. Największą zaletą tej metody jest to, że wymaga ona dwóch urządzeń pomiarowych na każdym ramieniu falownika i jest wyposażona we wszystkie odpowiednie układy kondycjonujące i izolujące sygnał. Można to złagodzić, po prostu dodając rezystor bocznikowy do dodatniej linii magistrali DC i ujemnej linii magistrali DC. Jednak w wielu przypadkach istnieją oporniki bocznikowe w architekturze sterownika lub boczne rezystory bocznikowe, które służą do bieżącej pętli sterowania i zapewniają ochronę nadprądową silnika; są one również możliwe dla zabezpieczenia nadprądowego IGBT - pod warunkiem, że czas reakcji kondycjonowania sygnału jest wystarczająco szybki, aby chronić IGBT podczas wymaganego czasu wytrzymania zwarcia.
Detekcja desaturacji wykorzystuje sam IGBT jako bieżący element pomiarowy. Diody na schemacie zapewniają, że napięcie IGBT-emiter-kolektor jest monitorowane tylko przez obwód czujnikowy podczas włączania; podczas normalnej pracy napięcie kolektor-emiter jest bardzo niskie (zwykle 1V do 4V). Jednakże, jeśli wystąpi zdarzenie zwarcia, prąd kolektora IGBT wzrośnie do poziomu, który napędza IGBT z obszaru nasycenia i do liniowego obszaru roboczego. Powoduje to gwałtowny wzrost napięcia kolektor-emiter. Powyższe normalne poziomy napięcia można wykorzystać do wskazania obecności zwarcia, natomiast poziom progu wyzwalania desaturacji typowo mieści się w obszarze 7V do 9V. Co ważne, desaturacja może również oznaczać, że napięcie bramki bramki jest zbyt niskie, a tranzystor IGBT nie jest w pełni doprowadzany do obszaru nasycenia. Należy zachować ostrożność podczas wdrażania wykrywania desaturacji, aby zapobiec fałszywym wyzwalaczom. Może się to szczególnie zdarzyć podczas przejścia ze stanu wyłączenia tranzystora IGBT do stanu IGBT w stanie, w którym tranzystor IGBT nie osiągnął pełnego nasycenia. Czas wygaszania jest zazwyczaj pomiędzy sygnałem włączenia i czasem aktywacji wykrywania desaturacji, aby uniknąć fałszywego wykrywania. Kondensator ładowania prądowego lub filtr RC jest również zwykle dodawany, aby utworzyć krótkotrwałą stałą w mechanizmie wykrywającym w celu filtrowania ostróg filtra spowodowanych przez odbiór zakłóceń. Wybierając te komponenty filtra, wymagana jest kompromis między odpornością na szumy i upływem czasu zwarcia IGBT.
Zasadniczo istnieją dwa sposoby rozwiązania problemu indukcyjnego przewodzenia IGBT falownika - za pomocą dwubiegunowego zasilacza lub dodatkowego zacisku Millera. Możliwość zaakceptowania zasilania dwubiegunowego po izolowanej stronie sterownika bramki zapewnia dodatkowy margines dla indukowanych przebiegów napięcia. Na przykład, ujemna szyna -7,5 V wskazuje, że indukowany przejściowy przebieg napięcia większy niż 8,5 V jest wymagany do wykrywania przewodzenia pozornego. To wystarcza, aby zapobiec zbędnemu przewodzeniu. Inną metodą jest zmniejszenie impedancji wyłączania obwodu sterownika bramki przez pewien czas po zakończeniu przejścia do wyłączania. Nazywa się to obwodem zaciskowym Millera. Prąd pojemnościowy przepływa teraz przez obwód o niższej impedancji, co z kolei zmniejsza wielkość przejściowego napięcia. Zastosowanie asymetrycznych rezystorów bramkowych do włączania i wyłączania zapewnia dodatkową elastyczność w sterowaniu prędkością przełączania. Wszystkie te funkcje sterownika bramki mają pozytywny wpływ na niezawodność i wydajność całego systemu.
