IGBT.Топология.Танцы с бубном., В трехфазном мосту горит один транзюк Опции

[_Pasha]

Доброго времени суток!
История болезни:
Мое изделие, скромно называемое преобразователем частоты, имеет на выходе трехфазный IJBT-мост, который собран на IR2233/IRG4PH30KD. При этом данное решение обеспечивает управление двигателями номиналом до 2,2кВт, а при небольшом "разгоне"(другие электролиты, следующие по линейке транзисторы, пропайка силовых полигонов и т.д.) - до 3,7кВт. Без особых проблем работают на чуть меньше сотни объектов уже до 2-х лет.
Так я считал до вчерашнего дня.
Позавчера ко мне вернулся прибор, который проработал 6-8 часов. Нагрузка - 3кВт. Диагноз - пробой транзистора по затвору. На фото он уже выкушен. Это было в нижнем плече.
[attachment=19389:attachment]

Выводы - никаких выводов не делать. Потому что в десятке мест стоит 3.. 3,7кВт и работает. Да и топология правильная - минимум расстояния (эмиттер верхнего - коллектор нижнего)

Вчера ко мне попал прибор, который проработал 1 год. Нагрузка - 3кВт. Диагноз - пробой транзистора по затвору. На том же месте (посередине), только верхнее плечо.

Вывод: 2,2 кВт есть предел для данной топологии, что меня не устраивает.

На приведенном ниже фото (а это обратная сторона платы) видно, как я борюсь с индуктивностью шины - кондюк 100нФ пленка в конце
[attachment=19390:attachment]

Ессно, ничего не мешает поставить еще кондюк - посередине шины.
Но прежде хотелось бы обсудить физику процессов, приводящих к пробою затвора СРЕДНЕГО транзюка. Самое непонятное - какого хрена оно все-же работает, причем стабильно в 98% случаев. Откуда там берутся перенапряжения?

[НЕХ]

Бывает...
Вот Mitsubishi FR-S520 0.75kW тоже не повезло.
Топология далека от вашей идеальной, в затворах резисторы 150 Ом.
транзисторы на 15А при 25 градусах.
перенапряжения и выбросы возможны при ошибочном выборе резистора в затворе - не гонитесь за скоростью переключения.

Сообщение отредактировал НЕХ - Mar 31 2008, 12:14

[_Pasha]

Кстати, Altivar 31 на 220В/1К5 недавно открыл - тоже баян. Электролиты на отдельной плате, соединяются с модулем проводами, даже (!) не перевитыми. А ведь это чудо 16А пиковых должно выдавать.
А мы тут шаманим...
У меня по этим альтиваровским потрохам фоток куча осталась. Могу выложить.

В общем, по сабжу подумал - кроме кондюков на коллектор верхнего/эмиттер нижнего (итого 3 шт) - больше и сделать ничего не могу.
P.S. резисторы менять нельзя, т.к. их номиналы - окончательно посчитаны еще 3 года назад.

[Herz]

В общем, по сабжу подумал - кроме кондюков на коллектор верхнего/эмиттер нижнего (итого 3 шт) - больше и сделать ничего не могу.
P.S. резисторы менять нельзя, т.к. их номиналы - окончательно посчитаны еще 3 года назад.

Когда-то помогал в похожей ситуации стабилитрон по затвору. Кроме того, проверьте блок на предмет попадания влаги на плату.

Сообщение отредактировал Herz - Mar 31 2008, 19:11

[proxi]

Бывает...
Вот Mitsubishi FR-S520 0.75kW тоже не повезло.
Топология далека от вашей идеальной, в затворах резисторы 150 Ом.
транзисторы на 15А при 25 градусах.
перенапряжения и выбросы возможны при ошибочном выборе резистора в затворе - не гонитесь за скоростью переключения.

Гибридка, толстопленочная, разварка аллюминием, приятно посмотреть, не на результат конечно... или на аллюминии таки собран?

[Прохожий]

Гибридка, толстопленочная, разварка аллюминием, приятно посмотреть, не на результат конечно... или на аллюминии таки собран?

Простите, возможно проглядел. А как звонится коллектор-эмиттер "убитого" транзистора? И еще вопрос. Есть ли некое сопротивление у пробитого затвора, или закоротка глухая?

[_Pasha]

Когда-то помогал в похожей ситуации стабилитрон по затвору. Кроме того, проверьте блок на предмет попадания влаги на плату.

Стабилитрон не получается - слишком длинные выводы, не поможет. Да и неудобно там. В общем, дорабатывать схему поздновато
А вот насчет влаги спасибо огромное, что напомнили. Я уж было от волнения рассудок потерял. В обоих случаях влага могла попасть.

Простите, возможно проглядел. А как звонится коллектор-эмиттер "убитого" транзистора? И еще вопрос. Есть ли некое сопротивление у пробитого затвора, или закоротка глухая?

1) Rg = 9Ohm Rce = 2Ohm (там где прожил 6-8 часов)
2) все наглухо. (там где прожил год)

Ну, в общем, к вечеру выяснилось, что второй случай (там где проработало долго) потянул за собой и драйвер, так что выводы делать все-же нельзя - ремонтировать, да и все.
Да и вообще его летом водой заливало - спасала защита (не стартовал). Я даже на форуме где-то хвастался по этому поводу. Видать, зря - 380 хвастунов не любит.

[Прохожий]

Стабилитрон не получается - слишком длинные выводы, не поможет. Да и неудобно там. В общем, дорабатывать схему поздновато
А вот насчет влаги спасибо огромное, что напомнили. Я уж было от волнения рассудок потерял. В обоих случаях влага могла попасть.
1) Rg = 9Ohm Rce = 2Ohm (там где прожил 6-8 часов)
2) все наглухо. (там где прожил год)

1) Тогда у Вас на руках типичный случай перенапряжения на отдельно взятом транзисторе. Так называемый "прокол" структуры. Часть структуры осталась как бы целой. Отсюда и остаточные сопротивления.
2) Этот случай - продолжение первого, когда запоздала защита. Транзистор уже успел "свариться" в "точку".
Все это дело лечится следующим образом:
1. Обязательно наличие простейшего RCD снаббера на каждом из транзисторов.
2. Обязательно параллельно снабберу (транзистору) - ветка из ограничителей 1.5КЕхххА вольт на 750- 900.
3. Желательно - отрицательное напряжение для запирания транзистора, чтобы избежать влияния наводок из-за сверхтоков (которые редко, но имеют место быть) на затворные цепи.
4. Рекомендация. Чаще всего эта беда случается из-за сбоев по управлению. IR2233, не лучший вариант для этих целей. Уважаемые производители приводов используют для этих целей гальваноразвязанные источники питания управляющих цепей верхних транзисторов, передачу управления наверх через оптопары и достаточно "жесткие" драйвера.

[_Pasha]

IR2233, не лучший вариант для этих целей.

Если рассмотреть описанную связку IR2233 + IRG4PH(20/30/40)KD и цену на это хозяйство - то буду спорить до хрипоты
Насчет сбоев по управлению - в самое яблочко! Только вопросы все-же есть.
При пропадании питания (у меня импульсника нет - обычный транс) на контроллере выгребает BOD на 4.3 вольта. Раз сбросившись, контроллер генерацию продолжать не будет.
На драйвере - UVLO.
Если предположить, что опасная область находится где-то чуть выше порогов срабатывания защит, то что остается носителем опасности? АЦП контроллера - не может, потому что при понижении питания (и в т.ч.опорного напряжения) показания АЦП всех каналов растут. А это значит, что, например, обратная связь по напряжению на конденсаторах DC шины не будет приводить к увеличению интервала включения транзюка. Но вот само напряжение шины падает - кондюки разряжаются. Может, я где-то в начале разрядки нарвался?
Но, опять же, токовая защита в таких случаях обычно все разруливает.

P.S. Немного недопонял: "прокол" по затвору или коллектору ?

[Прохожий]

Если рассмотреть описанную связку IR2233 + IRG4PH(20/30/40)KD и цену на это хозяйство - то буду спорить до хрипоты

Это Ваше законное право. Но в свое оправдание могу сказать, что такое решение я видел только в маломощных наидешевейших приводах от Lenze. Скажу сразу, в эксплуатации - гадость несуразная.

Насчет сбоев по управлению - в самое яблочко! Только вопросы все-же есть.
....

В свое время был тщательно изучен такой зверь, как IR2125 в качестве драйвера верхнего ключа. Верхнее питание было подано внешнее, гальваноразвязанное от нижнего. Токовый вход закорочен.
Так вот, эта МС сбоила по-черному - выдавала ложные импульсы, когда не надо и укорачивала те, которые надо. Нагрузкой служил транзистор IRF840. Топология преднамеренно была ухудшена, но не катострофически. Вывод тогда был сделан однозначный - продукция от IR данного типа по своему прямому назначению использована быть не может.
Совсем недавно был испытан монолитный драйвер от MICREL с инверсным входом MIC4451BM. Выход 12 А. Нагрузка IRG4PC50W в количистве 2 шт. параллельно. Результат - начиная с суммарных токов порядка 40 А через эти транзисторы драйвер ведет себя крайне неадекватно - аналогично рассмотренному выше.
Наилучшие результаты при худшей топологии получены на "рассыпных" драйверах на 4-х ПТ (старинная схемка от IR) - никаких сбоев. Эксперимент был прекращен по достижению максимальных токовых и напряженческих ограничений.
Вывод: монолитные драйвера - вещь потенциально опасная.

P.S. Немного недопонял: "прокол" по затвору или коллектору ?

Насколько я понял из пояснений в свое время - происходит разрушение отдельных транзисторов ячеистой структуры, причем по-всякому. Все зависит от того, что пробивается в начале. Основной вывод состоит в том, что пробой вызван высоким напряжением КЭ в сочетании с большой скоростью нарастания напряжения при запирании.

[_Pasha]

В свое время был тщательно изучен такой зверь, как IR2125
Так вот, эта МС сбоила по-черному - выдавала ложные импульсы, когда не надо и укорачивала те, которые надо.

Дык это питальник или далеко был, или поганенький. Укорачивала - из-за UVLO, ложные импульсы (я так понял, на включение) - из-за завязок по управляющему минусу питания.
В том и дело, что когда бутсреп используется, таких граблей минимум.
Зато есть другие

[Прохожий]

Дык это питальник или далеко был, или поганенький. Укорачивала - из-за UVLO, ложные импульсы (я так понял, на включение) - из-за завязок по управляющему минусу питания.
В том и дело, что когда бутсреп используется, таких граблей минимум.
Зато есть другие

С питанием все было в норме. Топология ухудшена в части подключения транзистора длинными проводами.
Тем более, что "рассыпной" драйвер от этого свободен. К стати, MIC4451BM в своем составе UVLO не имеет, как и "высоковольтного" информационного канала. Это просто мощный драйвер. Тем не менее...
Правда, в литературе по-честному предупреждают, что инверсные драйвера менее устойчивы своих "прямых" собратьев. Это связано с возможностью образования петли ПОС от выхода ко входу.
Что же касается бутстрепа, то геморрою там больше, чем экономии, лично мое мнение.

[Herz]

С питанием все было в норме. Топология ухудшена в части подключения транзистора длинными проводами.
Тем более, что "рассыпной" драйвер от этого свободен. К стати, MIC4451BM в своем составе UVLO не имеет, как и "высоковольтного" информационного канала. Это просто мощный драйвер. Тем не менее...
Правда, в литературе по-честному предупреждают, что инверсные драйвера менее устойчивы своих "прямых" собратьев. Это связано с возможностью образования петли ПОС от выхода ко входу.

Что-то непонятно: как это?
Кроме того, как Вы объясняете факт, что микросхема драйвера начинает сбоить начиная с суммарных токов порядка 40 А через эти транзисторы...? Чем это вообще, кроме топологии можно объяснить? Откуда драйвер "знает" сколько току течёт через управляемый им транзистор? (Я не имею в виду специально заводимую ООС с датчика или "интеллектуального" ключа).

[Прохожий]

Что-то непонятно: как это?
Кроме того, как Вы объясняете факт, что микросхема драйвера начинает сбоить начиная с суммарных токов порядка 40 А через эти транзисторы...? Чем это вообще, кроме топологии можно объяснить? Откуда драйвер "знает" сколько току течёт через управляемый им транзистор? (Я не имею в виду специально заводимую ООС с датчика или "интеллектуального" ключа).

Дык, и я про это же. Объясняю как было дело.
Косой полумост, собранный на указанных транзисторах, включенных в параллель попарно. Драйвера MIC4451BM, управляемые оптопарой 6N137. При обозначенных токах работает неустойчиво, причем не сразу, а через 20-30 секунд после наброса нагрузки. При меньших токах - все в норме.
Замена указанного драйвера "рассыпным", причем в "навес", с соблюдением элементарных правил, приводит к устойчивой работе не только на указанных токах, но и при бОльших.
Вот Вам и вся топология...

[_Pasha]

Дык, и я про это же. Объясняю как было дело.
При обозначенных токах работает неустойчиво, причем не сразу, а через 20-30 секунд после наброса нагрузки.

Явная температурная природа у этого явления.

[Прохожий]

Явная температурная природа у этого явления.

Если бы так все просто... При снижении токовых нагрузок все возвращалось на круги своя... Температура на МС постоянно контролировалась. Заметного ее увеличения зафиксировано не было.

[_Pasha]

Если бы так все просто...

Насторожило:
1. IRG4PC50W - снижение порогового напряжения включения (Vth) от нагрева (11мв на градус), что дает 1.1В . На первый взгляд - ерунда, но:
2. Поскольку это - не CO-PACK, то внешние антипараллельные диоды, как вещи с повышенной индуктивностью, могут спровоцировать осцилляции -следовательно, при комбинации этих двух факторов ВЧ-звон создает такую ЭМ обстановку, что никакой драйвер путем не отработает.
Могло такое быть?

[Herz]

Дык, и я про это же. Объясняю как было дело.
Косой полумост, собранный на указанных транзисторах, включенных в параллель попарно. Драйвера MIC4451BM, управляемые оптопарой 6N137. При обозначенных токах работает неустойчиво, причем не сразу, а через 20-30 секунд после наброса нагрузки. При меньших токах - все в норме.
Замена указанного драйвера "рассыпным", причем в "навес", с соблюдением элементарных правил, приводит к устойчивой работе не только на указанных токах, но и при бОльших.
Вот Вам и вся топология...

И всё-таки, для сравнения, я бы постарался выполнить все рекомендации IR по поводу применения драйвера.
И вообще, отмечать уже пора. С днём рождения!

[repairDV]

Можно поинтересоваться: что у вас используется в качестве защиты? Я имею в виду: вы как-то писали, что у вас привод - с ШИМ-модуляцией. Какая частота ШИМ? У вас должна быть при этом какая-то супер-защита, что она успевает отключить привод до того момента, как сгорит транзистор противоподожного плеча, если у вас ШИМ. Или это драйверы с выводом по защите?

[_Pasha]

Можно поинтересоваться: что у вас используется в качестве защиты?
Какая частота ШИМ?

Защита максимально токовая. Шунтовые резисторы снизу(эмиттеры нижних транзисторов) + RC-цепочка на вход ITRIP микросхемы. Сверху - тоже шунты (к коллекторам верхних) - быстрый оптрон (например 6N136) - и на вход SD микросхемы ( срабатывает от лог."1").

Частота ШИМ 4 кГц

[НЕХ]

Пока есть табу на изменение цепей затвора, найти виновного и решить проблему не представляется возможным.

[Прохожий]

И всё-таки, для сравнения, я бы постарался выполнить все рекомендации IR по поводу применения драйвера.

Да вроде все выполнили... И к тому же, их же "рассыпной" драйвер работает как часы.

И вообще, отмечать уже пора. С днём рождения!

Спасибо.

[_Pasha]

Вы ж поймите - табу потому, что достигнут определенный и стабильный результат. Если я сейчас начну крутить резисторами, то прицепом пойдет увеличение dead-time, необходимость ставить диоды параллельно резисторам, больше нагрев. Это целый эшелон гемора.
С другой стороны, середина шины - как раз самое пакостное место, в смысле индуктивности. Вот туда я поставил кондюк. Один частотник ужЕ работает. Второй планирую запустить сегодня. Ессно, если вскоре случится то же самое - отпишусь.

[Прохожий]

...Поскольку это - не CO-PACK, то внешние антипараллельные диоды, как вещи с повышенной индуктивностью, могут спровоцировать осцилляции -следовательно, при комбинации этих двух факторов ВЧ-звон создает такую ЭМ обстановку, что никакой драйвер путем не отработает.
Могло такое быть?

Внешних диодов нет, поскольку схема - косой полумост, а "звон", тем не менее, есть (куда ж без него). Так вот, есть предположение, что монолитный драйвер на него реагирует в отличие от "рассыпного". Иными словами, "рассыпной" драйвер более устойчив к помехам, вызванным паразитными индуктивностями и емкостями. Избавиться полностью от этих помех не удастся никому - при определенных токах все выползет снова, несмотря на самую разудачную топологию. Поэтому решено было не заморачиваться с монолитными драйверами, дабы не расширять номенклатуру комплектующих.

[_Pasha]

И к тому же, их же "рассыпной" драйвер работает как часы.

Можете ссылку дать или хотя бы название доки IR"овской? что-то я не уверен, что драйвер на 4-х полевиках видел. На 5-ти - видел, на 4-х не помню.

[Прохожий]

Можете ссылку дать или хотя бы название доки IR"овской? что-то я не уверен, что драйвер на 4-х полевиках видел. На 5-ти - видел, на 4-х не помню.

Вот. Цитата из AN978.
[attachment=19453:attachment]

[_Pasha]

Вот. Цитата из AN978.

Спасибо. Я как-то позабыл про него.
Кстати, сразу видно, откуда стабильность: они ж 60-вольтовые(!) все. А кто нам всунет в микруху 60-вольтовый полевик в раскачку? Думаю, там 30-вольтовые стоят

[x-men]

Спасибо. Я как-то позабыл про него.
Кстати, сразу видно, откуда стабильность: они ж 60-вольтовые(!) все. А кто нам всунет в микруху 60-вольтовый полевик в раскачку? Думаю, там 30-вольтовые стоят

Работал с 2233 и 30 амперными IGBT от IR лет 7-8 назад. Пожарили транзисторов некисло тогда....
Правда выводы сделали. 2233 надо очень аккуратно использовать, да и то только в бюджетных решениях.
Правда не совсем понял вашего поста - менять что-либо нельзя, но совет нужен.
Топология силовой у вас нормальная, мы когда то начинали делать с гораздо более худшего варианта.
Силовую часть ваши кондерчики вряд ли изменят. Наверняка нехорошую роль сыграли условия эксплуатации частотников (влага, пыль и грязь на поверхности платы).
Если на будущее вы все таки будете проводить изменения. то от себя могу порекомендовать TVS в затворных цепях и немного увеличить время открытия транзисторов, тогда фронты станут более пологими и уменьшается импульс образованный делителем Ссз и Сзи. ценой будет больший нагрев.
По поводу витой пары от кондеров до инвертора: в старых приводах там вообще ставили дросселя с обратными диодами, для уменьшения скорости нарастания тока. Повышается надежность инвертора.
Я когда-то тоже опробовал это решение.
Оно очень эффективно, но габариты увеличивает и конструкцию портит изрядно.

[_Pasha]

Правда не совсем понял вашего поста - менять что-либо нельзя, но совет нужен.

Один прибор работает нормально. Второй вернулся.

Оказалось, что при внешнем сходстве дефекты были все-же разные.
Всем спасибо за комментарии.
Ближе всего к истине - пост #8. Есть подозрение, что на контроллере не включен BROWN-OUT DETECTOR, в результате чего при выключении питания происходит попытка динамической компенсации напряжения на конденсаторах DC-звена. В итоге после около 20-ти отключений по входу (пускатель) система натыкается на вариант, когда ширина импульса на каком-либо транзисторе достаточно велика, и, поскольку IR2233 не имеет мягкого выключения, возникают перенапряжения. А его максимально-токовая защита, видать, тоже работает некорректно- слишком уж ток большой.
Лечение - ФТОПКУ плату, делать новый прибор.
З.Ы. Заказчик отнесся с пониманием, поскольку знаком с моей продукцией давно и знает, что буржуи вообще не рекомендуют пускатель на входе.

[Vacuum]

Стабилитрон не получается - слишком длинные выводы, не поможет. Да и неудобно там.

Прямо на тразюк припаять. Между лапами.

Что-то непонятно: как это?
Кроме того, как Вы объясняете факт, что микросхема драйвера начинает сбоить начиная с суммарных токов порядка 40 А через эти транзисторы...? Чем это вообще, кроме топологии можно объяснить? Откуда драйвер "знает" сколько току течёт через управляемый им транзистор? (Я не имею в виду специально заводимую ООС с датчика или "интеллектуального" ключа).

При увеличении тока, могут начаться сквозные токи. Это значит что выход моста будут колотить вверх/вниз со страшной скоростью. Наводки это дает на все. Помогает увеличить Death-time и поставить снабберы (RC).

[_Pasha]

Если на будущее вы все таки будете проводить изменения. то от себя могу порекомендовать немного увеличить время открытия транзисторов, тогда фронты станут более пологими и уменьшается импульс образованный делителем Ссз и Сзи.

В догонку:
Приоткрою завесу тайны
Rg = 36R0(1%) IRG4PH30KD
Rg = 18R0(1%) IRG4PH40KD

Отсматривал напряжения на затворах при разных нагрузках, правда, напряжения DC-звена были гуманные (100-150В). Импульс образованный делителем Ссз и Сзи давился надежно. Далее, отсматривал затворы нижних транзюков, при повышении напряжения до 300 В - давится.
Вот эти номиналы и являются компромиссными. Ессно, с учетом топологии. На других платах - надо проверять.
Это было 3 года назад.