Выгорание IGBT при закрытии, обратноходовый на 1500В Опции

[Igoryok]

Доброго дня всем участникам. Столкнулись с непонятной проблемой-стал выгорать IGBT IRG4PH50U в высоковольтном обратноходовом преобразователе. Долго искали причину. Выяснилось, что после закрытия транзистора протекает значительный ток в импульсе. При прогреве происходит рост амплитуды тока а затем транзистор выходит из строя (пробивает три вывода накоротко). Замечу, что данный преобразователь уже давно выпускается и работает без проблем. В результате долгих поисков причины выяснилось, что в новой версии установили IGBT на радиатор через изолирующую теплопроводящую подложку. После удаления подложки и установки непосредственно на радиатор через термопасту транзистор выгорать перестал.

Суть вопроса-что за ток протекает после закрытия IGBT?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[White84]

На осцилограммах я так понимаю форма тока через токоизмерительный резистор? Судя по номиналу силового транзистора, получается что он без обратного диода, тогда вполне возможно только по токам утечки, а какие выбросы напряжения по коллекторной цепи?
и почему такие хорошие осциллограммы без шумов, в какой точке были они сняты?

[Igoryok]

На осциллограммах ток на измерительном резисторе (снято прямо на выводах) и напряжение на коллекторе относительно земли (нижний вывод токоизмерительного резистора).

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

Параллельно C14 разве нет резистора? Каким образом он тогда разряжаться будет? У него ведь емкость всего на порядок меньше, чем та, что в сетевом выпрямителе стоит (C7+C9). Предполагаю, что из-за отсутствия этого резистора происходит лавинный пробой IGBT через емкость диода VD10. При установке IGBT непосредственно на радиатор "паразитная" емкость корпус-радиатор-общий провод компенсирует этот эффект. При установке на прокладку "паразитная" емкость уменьшается и эффект лавинного пробоя вылезает.
Предлагаю впараллель C14 установить резистор (порядка 62-120кОм 2Вт) и увеличить суммарную емкость конденсаторов сетевого выпрямителя (C7+C9).

[Igoryok]

Параллельно С14 резистор стоит (1.3кОм), емкость сетевого фильтра увеличивать нельзя (ЭМС).

[rezident]

В таком случае хотя бы обеспечьте симметричность ключа установкой параллельного ему диода эмиттер-коллектор.

[Прохожий]

На осциллограммах ток на измерительном резисторе (снято прямо на выводах) и напряжение на коллекторе относительно земли (нижний вывод токоизмерительного резистора).

[attachment=37719:CurrentPulse.PNG]
Зеленый - ток;
красный - напряжение на затворе
синий- напряжение на коллекторе.
Вся эта красота появляется в модели, если добавить нескомпенсированную индуктивность между эмиттером IGBT и нулем управления.
Величина индуктивности 20 нГн, сопротивление - 0.005 Ом.
Получается, что транзистор открывается из-за ЭДС, наведенной паразитной индуктивностью в цепи между нулем управления и эмиттером (см. красный график).
В вашей топологии задача практически неразрешимая из-за резистора в цепи эмиттера IGBT.
А гореть начало как раз из-за прокладки - наступал лавинообразный процесс локального разогрева.
Т. е. тепло, накопленное из-за выброса при предыдущем закрывании, не успевало отвестись от кристалла к текущему окончанию импульса.
Ну а далее Вы знаете - маленький бабах.
Лечение здесь только одно - провода от управления к затвору как можно прямее и короче.

Сообщение отредактировал Прохожий - Oct 30 2009, 18:33

[Igoryok]

Спасибо за советы, будем думать. Пока решили попоробовать поставить снаббер на коллектор-эмиттер. Интересно еще то, что выбросы присутствуют только когда амплитуда тока невелика -примерно до 5 А (напряжение на коллекторе тоже небольшое), а при полном токе (15-17А) выбросов нет! Максимальный ток в схеме не постоянный, а задается по синусу. Если предположить что выброс-это следствие индуктивности эмиттера (у нас стоит безиндуктивный резистор LOB 5R100), то чем больше ток тем хуже-а у нас ситуация обратная. Тут больше похоже на емкость транзистора, которая при увеличении напряжения снижается.

[_Pasha]

Интересно еще то, что выбросы присутствуют только когда амплитуда тока невелика -примерно до 5 А (напряжение на коллекторе тоже небольшое), а при полном токе (15-17А) выбросов нет!

Выброс может провоцировать емкость коллектор-затвор, которая при указанных токах меняется на 30%. Если там все на грани, наведенной иголки достаточно, чтобы приоткрыть транзистор на недетский ток И дальше - вступает в игру хор паразитных элементов .
параллельно R24 хорошо бы диод шоттки на 1А для хорошего запирания

[тау]

.... Интересно еще то, что выбросы присутствуют только когда амплитуда тока невелика -примерно до 5 А (напряжение на коллекторе тоже небольшое), а при полном токе (15-17А) выбросов нет! ....

Это "хвост тока " называется , для IGBT есть такое явление. Напоминает рассасыване неосновных носителей в базе выходного PNP транзистора в структуре IGBT. Некоторые приборы вообще не могут работать на малом выходном токе - параметры хвоста мешают.
С увеличением температуры (когда прокладка стояла ) хвост и рассасывание усугублялись. У вас оно проявляется своеобразно... на малых токах но на втором фронте переходного колебателного процесса в стоке.

[Прохожий]

Если предположить что выброс-это следствие индуктивности эмиттера (у нас стоит безиндуктивный резистор LOB 5R100), то чем больше ток тем хуже-а у нас ситуация обратная. Тут больше похоже на емкость транзистора, которая при увеличении напряжения снижается.

Вы меня не поняли. Индуктивность между источником сигнала и эмиттером. В нулевом проводе. Силовой ток тут не при делах.

[Igoryok]

Пробовали ставить емкость 22пФ коллектор-эмиттер - не помогло, выбросы остались. Пробовали ставить обратный диод-не помогло.
Для уменьшения индуктивности цепей управления поставили форсированный разряд (pnp транзистор с диодом база-эмиттер), паяли прямо на ноги силового транзистора-не помогло. Выбросы присутствуют до максимального тока 7А, далее пропадают.
Попробуем заменить транзистор на другой. Других мыслей пока нет.

[Прохожий]

Для уменьшения индуктивности цепей управления поставили форсированный разряд (pnp транзистор с диодом база-эмиттер), паяли прямо на ноги силового транзистора-не помогло. Выбросы присутствуют до максимального тока 7А, далее пропадают.

На ноги - это понятно. Но где гарантии, что не сбиваются цепи управления самим этим pnp транзистором?
В моей практике сбивались даже микросхемы драйверов от MICREL, топологически расположенные по всем правилам.
При замене драйверов с монолитных на "рассыпушные" все стало нормально.
На самом деле, топология силовых ключей - дело тонкое, почти искусство.
К сожалению, готовых рецептов здесь нет.

[SNGNL]

Драйвер у вас не слабоват для такого ключа?

[Microwatt]

Параллельно С14 резистор стоит (1.3кОм), емкость сетевого фильтра увеличивать нельзя (ЭМС).

Если стоит, то почему нарисован потаенными чернилами? И его мощность и номинал? 500-вольтовый транзистор вообще-то не лучший кандидат в обратноходовики...
Пожалуй, нелады с этим резистором и есть основная причина. Мне кажется. тут правильно предположили, что без прокладки как-то спасала емкость радиатора.

[SNGNL]

Вообще-то 1200-вольтовый , судя по datasheet.

[314]

Драйвер у вас не слабоват для такого ключа?

Драйвер может и нормальный, но смущает то, что вместо прямого подключения вывода Vs к эмиттеру ключа, как требует даташит драйвера, он подключен через какую-то непонятную схему, соединение от которой уходит за пределы картинки. Учитывая, что в этом месте очень критична просто длина дорожек до ключа (30-40мм уже слишком много, лучше не выходить за 15мм), делать такое в виде хорошей антенны, а также набора емкостей и индуктивностей - ИМХО сбивать работу драйвера и искать себе приключений.

[_Pasha]

Учитывая, что в этом месте очень критична просто длина дорожек до ключа (30-40мм уже слишком много, лучше не выходить за 15мм), делать такое в виде хорошей антенны, а также набора емкостей и индуктивностей - ИМХО сбивать работу драйвера и искать себе приключений.

Схема непонятная - согласен. Но 15мм - это слишком уж строго. Достаточно две параллельные дорожки длиной даже до 80мм.

[Igoryok]

Повторюсь, что для закрытия добавлен транзистор. Схема прилагается. Транзистор припаян к ножкам силового транзистора.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

Повторюсь, что для закрытия добавлен транзистор.

Я не работал непосредственно с IGBT, но в литературе питание его драйвера обычно имеет "отрицательную подпорку". Т.е питается драйвер IGBT от двуполярного напряжения +15В и -8В.

[314]

Про транзистор понятно, но если вывод VS (5) драйвера будет подброшен где-то на 5-7В относительно эмиттера транзистора, то этот же всплеск будет и на выводе OUT (7), так как на выходе драйвера скорее всего MOSFET, в этот момент открытый. Вы твердо уверены, что при подаче 5В на базу форсирующего транзистора это напряжение не попадет на затвор IGBT? Попробуйте снять осциллограммы на выходе драйвера и на выводе VS (5) относительно эмиттера транзистора, может чего и прояснится.

[Microwatt]

Повторюсь, что для закрытия добавлен транзистор. Схема прилагается. Транзистор припаян к ножкам силового транзистора.

коллектор запирающего бы не на датчик тока, а на землю...

[ducco]

Если всетаки нужно будет заизолировать транзистор от радиатора, то нормальные мягкие теплопроводящие подложки есть тут - http://thermoscotch.ru/thermopad.html