драйвер и защита IGBT транзистора, Разработка драйвера для IGBT транзистора с защитой Опции

[LEXIS]

На днях попробовал сделать частотный преобразователь для 3-х фазного двигателя с восстановленной синусоидой на IGBT-транзисторах, схему взял за основу с журнала Радио №6 - "Инвертор для асинхронного двигателя". После сборки и первого запуска сгорело 3 IGBT-транзистора и 3 драйвера к ним - IR2110. После восстановления схемы и настройки защиты по максимальному току схема заработала вполне нормально. Но в очередной раз запуска вылетели опять IGBT-транзисторы и их драйвера. Теперь вопросы:
1. Как защитить схему и в частности IGBT-транзисторы.
2. Можно ли поставить на переход КЭ IGBT-транзистора сапрессор вольт на 400 - 430, это поможет или нет защитить его от выбросов напряжения при работе на индуктивную нагрузку. А в ЗЭ IGBT-транзистора поставить сапрессор вольт на 15-20 для защиты от повышения напряжения на переходе Затвор-Эммитер.

[NGK]

1. Как защитить схему и в частности IGBT-транзисторы.

Лучше всего использовать готовые IPM. Например от IR, или Fairchild или Mitsubishi
При использовании модулей, естественно, внимательно следовать рекомендациям производителя.

Либо приведите схему, без нее отвечать могут только телепаты.

[Unitra]

видел где-то перевод апноута от IR по поводу вот этих полумостовых дров семейства 211x
написали важную вещь - большую роль играет разводка схемы между дровами и ключами. Не помню суть (да и не работаю с этими дровами), но вроде как там было написано, что при неверной разводке при коммутации ключей на микросхему идёт отрицательный перенапряг и она не выдерживает, унося за собой также и ключи.

Если в вашей схеме пусковой ток двигателя не превышает допустимых норм, то выход ключей может быть обусловлен именно этой ситуацией

[LEXIS]

В архиве схема в PCAD2001 и разводка на плате. Насколько я понял из прочитанных мною недавно статей я сделал неправильно разводку платы - в частности от драйвера до затвора. Меня интересует в первую очередь как защитить переход ЗЭ и КЭ от превышения напряжения. Т.к. при КЗ напряжение на затворе начинает увеличиваться и даже при его отключении возможно включенное состояние транзистора. А также включение противоположного транзистора, что приведет к сквозному пробою обоих транзисторов. Драйвер IR2110 позволяет отключать его жестко, т.е. резко снимать с него напряжение, что при наличии значительных токов приводит к повышению напряжения на переходе КЭ и через емкость Мюллера к спонтанному открытию силового транзистора. Спецы по силой электронике поясните мне - я правильно изложил этот момент или нет?

Прикрепленные файлы

 Invertor.zip ( 37.17 килобайт ) Кол-во скачиваний: 255

 

[Unitra]

может, стоит не забывать, что кз как нарастание тока хоть и быстро, но не моментально, и имеет свою конечную величину.
может, стоит ввести в выходную цепь дроссель, снижающий скорость нарастания тока.

вот, нашёл пдфку как раз про ир2110, мож поможет?

Прикрепленные файлы

 IR2110_RUS.PDF ( 70.96 килобайт ) Кол-во скачиваний: 242

 

[injener]

h_t_t_p://www.symmetron.ru/suppliers/mitsubishi/ipm_v.shtml
раньше правильно было замечено. Там и защита от перегрузки по току, если не ошибаюсь. По крайней мере в некоторых точно есть

[_Pasha]

.../suppliers/mitsubishi/ipm_v.shtml
Там и защита от перегрузки по току, если не ошибаюсь.

Хотите человека подтолкнуть к тому, чтобы он и модуль спалил?

В архиве схема в PCAD2001 и разводка на плате.

выложите в *.png или *.pdf, плз.

[NGK]

Меня интересует в первую очередь как защитить переход ЗЭ и КЭ от превышения напряжения. Т.к. при КЗ напряжение на затворе начинает увеличиваться и даже при его отключении возможно включенное состояние транзистора. А также включение противоположного транзистора, что приведет к сквозному пробою обоих транзисторов. Драйвер IR2110 позволяет отключать его жестко, т.е. резко снимать с него напряжение, что при наличии значительных токов приводит к повышению напряжения на переходе КЭ и через емкость Мюллера к спонтанному открытию силового транзистора. Спецы по силой электронике поясните мне - я правильно изложил этот момент или нет?

Ошибки в схеме

1. С4 слишком велик, достаточно 500нФ .. 2мкФ, керамика.
2. Последовательно с VD1 стоит поставить сопротивление 5 .. 50 Ом для гашения колебаний на С4
3. R1,R2 великоват, я бы сделал его меньше 10Ом
4. R3,R4 - недопустимо велик, лучше выбирать его из диапазона 0,5кОм .. 1,5кОм

R3,R4 нужны, в частности, для того, чтобы избежать открытия транзисторов при подаче напряжения питания. При подаче напряжения питания через емкость затвор-коллектор может натекать напряжение на затворе и приоткрывать транзистор, причем оба транзистора в полумосте. Поэтому R3,R4 должны быть как можно меньше по номиналу и стоять как можно ближе к ножкам транзистора.

Ошибки в трассировке.

1. С4 очень далеко от VD1, там могут быть колебания и перенапряжения с такой площадью контура.
2. Транзисторы недопустимо далеко от драйверов и слишком далеко друг от друга.
3. R3,R4 при таком положении бесполезны. В варианте "самоделка" их вообще лучше паять на ножки транзистора около корпуса.
4. Диоды VD4,VD5 слишком далеко от транзисторов.
5. Конденсатор С5 слишком далеко от транзисторов и не должен подключаться на "усики" от дорожки. Его следует включать непосредственно в дорожкам на плате. Измените форму дорожек для этого. Сами ножки конденсатора должны быть как можно короче, желательно без гибки.

Выводы. Еще раз рекомендую использовать IPM. Выгорают Ваши транзисторы из-за ошибок в схеме, а не из-за сверхтоков.
Теперь немного расчетов.
IR2110*3 шт = 138руб.
IRG4BC30U * 6 шт = 240 руб.
КД257В * 6 шт. = 138 руб.
Итого 516руб
Плюс рассыпуха + печатная плата + радиатор + монтаж.
Только на первый взгляд может показаться, что IPM в 2,4 раза дороже.
Если же Вы все-таки хотите собирать из дискретных компонентов, то возьмите себе в качестве ориентира площадь аналогичного IPM и разведите Вашу плату так, чтоб ее площадь с 6-ю ключами не превышала площадь IPM более чем в два раза. В этом случае есть высокая вероятность, что плата разтрассирована правильно.
Ну и чтение, на сон грядущий.

[LEXIS]

1. В архиве pdf-ки схемы и печатки.
2. По поводу IPM давно к ним присматриваюсь, но т.к это первае мое устройство с IGBT не хочется тратить свои деньги на поджарку IPM модулей пока не разбирусь с основами силовой техники на рассыпухе.
3. Отдельное спасибо NGK за советы. Испавлю печатку и выложу здесь.
4. По поводу изменения схемы: диоды VD4 и VD5 хотел заменить на саппрессоры 1.5KE440, вместо R3, R4 также хотел поставить саппрессоры 1.5KE15.
5. По поводу печатки я понял что неправильно ее развел когда стал читать про драйвера для управления IGBT транзисторами, но было уже поздно, как говорится поезд ушел, остались только головешки. Кто будет читать это, хочу заметить, что первый мой вариант печатки это то как НЕ надо делать платы под силовую технику.

Товарищу Unitra и NGK спасибо за чтиво. Познавательно.

Прикрепленные файлы

 invertor_pdf.zip ( 53.03 килобайт ) Кол-во скачиваний: 268

 

[NGK]

4. По поводу изменения схемы: диоды VD4 и VD5 хотел заменить на саппрессоры 1.5KE440, вместо R3, R4 также хотел поставить саппрессоры 1.5KE15.

Настоятельно НЕ рекомендую этого делать.
Диоды VD4, VD5 нужны для замыкания тока протекающего "против" направления проводимости открытого ключа. Для индуктивной нагрузки это будет происходить суммарно на половине периода основной частоты для каждого ключа. Паразитных обратных диодов (как в мосфетах) в БТИЗах нет. В некоторые (многие) модели БТИЗов вставляют в корпус встречно-параллельный диод, но это необходимо проверять по документации.
Резисторы R3,R4 и супрессоры не заменяют друг друга, а работают на разные случаи. Резисторы не дают приоткрываться транзистору при нерабочем драйвере (в обрыве) по фронтам напряжения коллектор-затвор (эмиттер-затвор). Супрессоры ограничивают пиковое напряжение "звона на паразитах" на затворе. Грамотным решением для дискретов было бы в затворе использовать оба решения.

Удачи.

[Unitra]

ну и если говорить про эффект Мюллера, то сопротивление резисторов в ЗЭ должно быть малым, чтобы не дать ключам открываться

что-то я повторил слова NGK невнимательный стал

Сообщение отредактировал Unitra - Jan 20 2011, 15:35

[_Pasha]

Плату посмотрел. Вы с ума сошли - это кладбище для транзюков и драйверов

[LEXIS]

Предлагаю измененный вариант платы управления IGBT. Поясню некоторые моменты на плате: добавлен диод VD6 и резистор R7 для защиты от отрицательного напряжения на выводе 5 драйвера D1. Дохнут они наравне с транзисторами. Думаю поможет. Добавил саппрессоры VD10, VD11 - для защиты от перенапряжений перехода ЗЭ. Резисторы R3 и R4 оставил и уменьшил их номинал до 910 Ом - надо проверять на рабочей плате. Для ускорения времени закрытия транзистора ввел дополнительный резистор R6, он только только в верхнем плече - согласно рекомендации из ir2110_rus.pdf. Чесались руки добавить саппрессоры параллельно диодам VD4 и VD5, но не стал этого делать.
Что можете сказать по поводу новой схемы.
Господа руководители - а где возможность загрузки своих файлов?


Сообщение отредактировал LEXIS - Jan 21 2011, 14:25

[Herz]

Господа руководители - а где возможность загрузки своих файлов?

А какие проблемы? Под окошком, в котором Вы пишете сообщение, в правом углу есть для этого все необходимые инструменты. Жмёте кнопку "обзор", выбираете свой файл, жмёте кнопку "загрузить", дожидаетесь загрузки. Затем при помощи опций "управление текущими файлами" добавляете картинку (или что-то другое) в окно сообщения.

[LEXIS]

Проблема в том, что Opera 11 не загружает панель "Прикрепление файлов", хотя до этого все нормально работало.
Файл прикрепляю - это исправленная схема. Что можете сказать о ней.

Прикрепленные файлы

 cxema.pdf ( 32.13 килобайт ) Кол-во скачиваний: 404

 

[_Pasha]

это исправленная схема. Что можете сказать о ней.

Первое, что бросилось в глаза - неправильно затворные цепи сделали. Второе - зачем туда 1,5КЕ18 - непонятно. Третье - так и не хотите поставить ph30KD вместо ph30k.
Дальше рассматривать нет смысла.
Не, смысл есть 1N4937(150нс trr) - это что-то
R3=910 и R7=15 - это еще более что-то.
VD6 сам по себе сильно картину не улучшит, лучше последовательно стабилитрон на 3.9 вольт 1Ватт, как это предложено в референсах к IR2214SS

[Unitra]

_Pasha, куда вы стабилитрон ставить собрались??? там разница в полсети, туда быстрый диод с малым временем включения нужен!

[_Pasha]

_Pasha, куда вы стабилитрон ставить собрались??? там разница в полсети, туда быстрый диод с малым временем включения нужен!

схема

[LEXIS]

Первое, что бросилось в глаза - неправильно затворные цепи сделали. Второе - зачем туда 1,5КЕ18 - непонятно.

Что имеено: большое значение сопротивления R1,R2 - 10 Ом, насколько я знаю при уменьшении этого значения увеличивается скорость преключения IGBT-транзистора, но при этом увеличивается и скорость нарастания тока КЭ и напряжения на этом же участке - а это может приводить к самопроизвольному включению силовых транзисторов.
1,5КЕ18 поставлен для защиты перехода ЗЭ от повышения напряжения, которое может приводит к пробою участка ЗЭ. Для этой же цели можно поставить и стабилитрон вольт на 20, как в рекомендованной _Pasha схеме IR2214SS. С этим вопросом пока проблема. Вообще это решение я видел в одном из промышленных драйверов.
Если сделана затворная схема неправильно, то подскажите как ее по Вашему мнению можно исправить. Моя схема не последняя инстанция, я ее показал чтобы привести к нормальному виду.

Третье - так и не хотите поставить ph30KD вместо ph30k.

У меня в схеме стоят IRG4BC30UPbF транзисторы, хотя предложенные IRG4PH30KD более подходящие. С ними можно будет убрать диоды VD4, VD5. Если найду такие, то поставлю их.

Не, смысл есть 1N4937(150нс trr) - это что-то

Вместо 1N4937 можно поставить UF4007 (trr = 75nc). Еще раз повторю, схема была срисована готовая с журнала Радио. По поводу этого диода я понял, что он должен быть высоковольным и быстрым. А насколько быстрым? Кто нибудь скажет.

R3=910 и R7=15 - это еще более что-то.

По поводу R3 я не знаю какое сопротивление постваить, из предложенного диапазона выбрал примерно среднее значение. Если знаете подскажите какое именно можно поставить.
R7 - было выбрано по графику, чтобы напряжение на 5 ноге драйвера не опускалось ниже -5В. В схеме к IR2214SS указано сопротивление 2 Ом, но там микросхема IR2214 и для нее это может быть нормальным.

VD6 сам по себе сильно картину не улучшит, лучше последовательно стабилитрон на 3.9 вольт 1Ватт, как это предложено в референсах к IR2214SS

Если вы заметили, то там стабилитроны стоят на 10В 1Вт. Почему именно на 3.9В, объясните. Знание или от пр.Фонаревского. Без обид.

[C2000]

На днях попробовал сделать частотный преобразователь для 3-х фазного двигателя с восстановленной синусоидой на IGBT-транзисторах, схему взял за основу с журнала Радио №6 - "Инвертор для асинхронного двигателя". После сборки и первого запуска сгорело 3 IGBT-транзистора и 3 драйвера к ним - IR2110. После восстановления схемы и настройки защиты по максимальному току схема заработала вполне нормально. Но в очередной раз запуска вылетели опять IGBT-транзисторы и их драйвера. Теперь вопросы:
1. Как защитить схему и в частности IGBT-транзисторы.
2. Можно ли поставить на переход КЭ IGBT-транзистора сапрессор вольт на 400 - 430, это поможет или нет защитить его от выбросов напряжения при работе на индуктивную нагрузку. А в ЗЭ IGBT-транзистора поставить сапрессор вольт на 15-20 для защиты от повышения напряжения на переходе Затвор-Эммитер.

Не видел вашу схему, но для борьбы с выбросами напряжений на IGBT надо использовать снабберные конденсаторы.
Попробуйте поставить на каждый полумост IGBT емкость по 0.22мкФ (Если она у вас уже не установлена).
Конденсаторы надо ставить непосредственно на выводы транзисторов.

Сообщение отредактировал C2000 - Jan 23 2011, 06:16

[Serg SP]

для борьбы с выбросами напряжений на IGBT надо использовать снабберные конденсаторы.
Попробуйте поставить на каждый полумост IGBT емкость по 0.22мкФ

ИМХО, будут очень большие потери при включении силового ключа с таким снаббером. Я видел максимум 1нФ (без последовательного резистора). Вообще, лучше всего ставить полноценный снаббер, причём не абы как выбрать значения С и R, а расчитать. Сложного в этом ничего нет.

[C2000]

ИМХО, будут очень большие потери при включении силового ключа с таким снаббером. Я видел максимум 1нФ (без последовательного резистора).

Да ладно!!!
Почитайте a/n. Например на те же митсубишевские IPM.
По поводу выбора емкости: Можно поставить и 0.1 мкФ и посмотреть на выбросы напряжения при закрытии. При необходимости увеличить емкость.

Ссылка на снабберный конденсатор предназначеный специально для установки на IGBT модули: http://www.platan.ru/cgi-bin/qwery.pl/id=6...amp;group=10602

P.S.: Конденматор ставиться не на каждый IGBT в отдельности, а на полумост. При открытии одного транзистора, второй закрыт. Т.е. емкость не закорачивается.

Сообщение отредактировал C2000 - Jan 23 2011, 10:12

[НЕХ]

ещё один вариантик драйвера от известного производителя
правый вывод конденсатора по питанию - справа истокового резистора
теперь бутстрепный каскад будет отключаться по UVLO

Сообщение отредактировал НЕХ - Jan 23 2011, 10:31

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Pasha]

>>Что имеено: большое значение сопротивления...
Почитайте референс-дизайны для MC3PHAC или еще чего-нить... там сделано так, что использовать 4148-диод можно, у Вас - нельзя, потому как он рано или поздно сдохнет и станет подобен гвоздю, и процесс вкл/выкл транзюка будет гораздо печальнее.

>>1,5КЕ18 поставлен для защиты...

А Вас не смущает, что они такие огромные?

>>У меня в схеме стоят IRG4BC30UPbF транзисторы, хотя предложенные IRG4PH30KD более подходящие. С ними можно будет убрать диоды VD4, VD5. Если найду такие, то поставлю их.

Пардон за опечатку - IRG4BC30UD или FD

>>Вместо 1N4937 можно поставить UF4007 (trr = 75nc).
+1

>>По поводу R3 я не знаю какое сопротивление постваить, из предложенного диапазона выбрал примерно среднее значение. Если знаете подскажите какое именно можно поставить.
R7 - было выбрано по графику, чтобы напряжение на 5 ноге драйвера не опускалось ниже -5В.

Какая-то каша... R3 - выкинуть, R7 - не более 5 ом, вспомните про Cres_off и все, что с этим связано.


>>Если вы заметили, то там стабилитроны стоят на 10В 1Вт. Почему именно на 3.9В, объясните. Знание или от пр.Фонаревского. Без обид.
10 вольт - это для ситуации с выбросами, максимально допустимыми для драйвера. Продолжать?

[webkirov]

что использовать 4148-диод можно, у Вас - нельзя, потому как он рано или поздно сдохнет и станет подобен гвоздю,

Если я правильно понял, речь идёт о диоде в цепи затвора. Чем обусловлен такой запрет? Не выдержит пиковый ток?

[_Pasha]

Если я правильно понял, речь идёт о диоде в цепи затвора. Чем обусловлен такой запрет? Не выдержит пиковый ток?

Угу. Собсна, чего париться? Есть замечательные диоды SS14, только корпус, конечно, доставляет.. SMA это Вам не SOD80

Сообщение отредактировал _Pasha - Aug 18 2011, 21:14