IGBT ключ, странные выходы из строя Опции

[Марк_Я]

Я не очень часто использую IGBT, поэтому был весьма удивлен, когда в типовой схеме включения происходит пробой транзистора (все электроды стянуты в точку).
Намагничивающее устройство. Импульсы разовые (не чаще 1...2 секунд период). Конденсатор разряжается в катушку. Ток около 90 ампер в пиковом значении. Время процесса около 750 мкс (импульс запуска длиннее).
Драйвер 6 амперный. Блокировки по питанию не показаны, но имеются.
Транзистор имеет импульсный допустимый ток 220 ампер. Напряжение коллектора 600 вольт (у меня всего 300...320).
Вроде все ОК...
Схема:
[attachment=54846:react.jpg]

Я в некотором недоумении.
Спасибо.

Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 28 2011, 11:02

[Guest_orthodox_*]

Диодик отгорел, наверное.
А IGBT не выдерживает энергию что получается при его пробое.

Это если проверяли пиковый ток и он на самом деле 90А,
потому что из указанного времени можно предположить и в 5 раз больше.

[Марк_Я]

Цел диодик. Только что прозвонил.
А чего ему станется, он 200-амперный в импульсе до 8 мс. У меня столько энергии то в электролите нет...
Ток проверял по простому - осциллографом (разовый запуск, Тектроникс 100 МГц) - падение на 0,5 ома резисторе.
Дело в том, что схема развязана от сети трансформатором 220-220 и можно землить любую точку при измерениях.
Думаю, что кроме омического сопротивления катушки (которое я намерял тестером) еще имеется скин эффект. И он увеличивает эти 1,2 ома. Причем заметно. Ну и сопротивление электролита тоже вполне конечно...

Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 28 2011, 11:28

[_Pasha]

Я не очень часто использую IGBT, поэтому был весьма удивлен, когда в типовой схеме включения происходит пробой транзистора (все электроды стянуты в точку).

По цепи затвор-эмиттер точно пробоя нету?

[Марк_Я]

Это интересный вопрос...
А откуда он там может взяться? Я давно уже удивлялся по этому поводу, но не знаю как объяснить пробой затвора. Питание драйвера стабильно. Ограничено стабилитроном.
Читая темы раздела, я видел Ваши рекомендации по поводу супрессоров в затворах, но не понял зачем. Был бы весьма признателен за объяснение.

[ZVA]

Это если проверяли пиковый ток и он на самом деле 90А,
потому что из указанного времени можно предположить и в 5 раз больше.

При указаных номиналах L, C и U он, даже при R= 0, больше 110А даже теоретически быь не может.

В догонку. У Вас диод стоит возле катушки намагничивания или возле ключа? и какая длинна проводов от ключа до катушки? они разнесены в пространстве?

Сообщение отредактировал ZVA - Mar 28 2011, 12:08

[Марк_Я]

Длина проводов - 10 см. Диод на плате. Выводы катушки - чуть больше половины ее длины.
Плата стоит в центре катушки.
ЗЫ. Есть конечно и не техническая возможная причина. Левые транзисторы. Но внешене вроде родные (лазерная гравировка на глянцевом прямоугольнике корпуса).

Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 28 2011, 12:48

[vlvl@ukr.net]

Это только предположение, ключ нужно закрывать когда в контуре будет 0 ток, т.е Т\2 частоты синуса. Можно задать длину импульса управления больше чем полупериод синуса.

[Марк_Я]

Так это апериодический процесс (это НАМАГНИЧИВАНИЕ, а не размагничивание - для этого катушка и шунтирована диодом). Ток будет равен нулю в бесконечности. Но длительность импульса по любому почти в 2,5 раза больше, чем основная энергетика процесса.

Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 28 2011, 13:08

[vlvl@ukr.net]

Так это апериодический процесс (это НАМАГНИЧИВАНИЕ, а не размагничивание - для этого катушка и шунтирована диодом). Ток будет равен нулю в бесконечности. Но длительность импульса по любому почти в 2,5 раза больше, чем основная энергетика процесса.

Диод будет шунтировать катушку только на втором полупериоде, а на первом это LC контур. Попробуйте понизьте напряжение и посмотрите осциллограмки токов и напряжений как через L так и через C.

[Марк_Я]

Ну да. Это я неправильно выразился. Но по-любому 1 вольт отрицательного выброса ничего дурного сделать не может. Его на фоне 300 вольт даже не видно.
Токи посмотрю аллегровским датчиком Холла, но чуть позже. Сейчас нужно развести плату (там кроме ключа еще кое какая схема есть.


Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 28 2011, 13:45

[Aner]

а можете диаграмки на затворе выложить?

[vlvl@ukr.net]

Как то тоже столкнулся с подобной проблемой, только на полевике, поэтому и говорю о переключении.

[Марк_Я]

а можете диаграмки на затворе выложить?

Только завтра. Сегодня нет в наличии самих транзисторов. С утра из цеха принесут пяток...

[Aner]

Есть предположение о несогласованной емкости затвора. Также трансилы ставят, это обязательно для схем, где используются старые IGBT. В новых IGBT трансилы встроены в затворы.
Важна раазводка (смотрите воздействие магнитного импульса на входные цепи).

[Марк_Я]

Ну не до такой же степени... Длина проводника соединяющего затвор и драйвер, включая резистор МЛТ 0,125 - 12 мм. И земля такой же длины.
Выходное сопротивление драйвера исчезающе мало. Диоды выходных транзисторов драйвера ограничивают напряжение на его выходе от -0,5 до +15,5. Причем очень шустро ограничивают. Ток защелкивания оного драйвера не менее 8 ампер (по даташиту на память). И даже если бы драйвер защелкнулся, то тем более затвору ничего не грозило бы. Питание драйвера дохлое (тоже от сети через балласт, но с блокировочной емкостью в 100 мкф под импульсный режим). Значит при защелкивании он автоматически обесточится.
Транзисторы Суперфаст. Новее не придумать. Завтра заменю их на IXYS IXGH40N60C2D1 (только что принесли), а потом вернусь на прежний вариант. Иксисовские нужны в размагничивающее устройство (кстати работает уже в резонансном режиме с IR2109). Тоже с сетевым напряжением, но без подобных заморочек (серийное изделие).

Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 28 2011, 14:33

[Aner]

А с затвора на землю, у вас без резистора? Или забыли нарисовать? Как у вас заряд с затвора стекает?

[AlexeyW]

Основной процесс - относительно медленный.
Но в момент закрывания транзистора (а оно очень резкое - можно бы сопротивление в цепи затвора сильно увеличить и рассимметрировать) весь ток, шедший через транзистор, перебрасывается на диод. Выброс на транзисторе вполне может и превысить 600В, если индуктивность между транзистором и диодом достаточно велика.

Второе - у IGBT внутри имеется конструктивная индуктивность эмиттера, около 8нГн, да плюс еще от вывода до точки подключения земли драйвера. При быстром закрывании внутренний эмиттер проваливается из-за большого dI/dT, причем провал может достигать десятков вольт, что достаточно для пробивания затвора.

[asdf]

Выброс на транзисторе вполне может и превысить 600В, если индуктивность между транзистором и диодом достаточно велика.

Я, думаю, дело не столько в индуктивности проводов, сколько в том, что применяемый диод очень медленный и не успевает открыться пока напряжение не превысит напряжение пробоя IGBT. Попробуйте поставить какой нибудь UltraFast и RC цепочку паралельно IGBT.

[domowoj]

Дело в "медлительности" диода.

[Марк_Я]

А с затвора на землю, у вас без резистора? Или забыли нарисовать? Как у вас заряд с затвора стекает?

Забыл... и нарисовать и поставить.
Причем не столько в затворе - там драйвер двухтактный и достаточно мощный, а на ВХОДЕ драйвера (выход контроллера). При сбросе контроллера его пин становится третьим состоянием.
Как выяснил с утра на свежую голову, выход из строя происходит не во время работы, а в момент выключения-включения из сети. Причем когда это сделано достаточно быстро. Контроллер подвисает из-за плохого питания (BOR и WDT я неосмотрительно не включил - торопился делать макет), выходной пин остается в третьем состоянии, напряжение на нем произвольно нарастает и вся энергия конденсатора выделяется в активном состоянии ключа...
Всем спасибо, в том числе и за незадействованные советы.
Я перестраховался и поставил дублирующий диод параллельно КЭ, резистор в 1,5 кОм с затвора на эмиттер, резистор подтяжки к земле выхода контроллера-входа драйвера и переписал код МК. Пока все ОК.
Еще раз всем огромное спасибо.

[НЕХ]

А чего ему станется, он 200-амперный в импульсе до 8 мс.

никаких миллисекунд - только микросекунды !

подходящие тиристоры для этой задачи (не умирают от больших dI/dt) http://www.impsyst.ru/

"Strobe IGBT" для ламп-вспышек выпускаются на токи в сотни ампер в корпусах soic.

а параллельно КЭ - поставьте трансил вольт на 400
и драйвер, не работующий меньше 15 вольт, например, HCPL3120/

(в приложениях, где важно быстрое включение (единицы наносекунд), IGBT уступают MOSFET из-за "динамического насыщения" - падение напряжения на ключе слишком велико поначалу...)

Сообщение отредактировал НЕХ - Mar 29 2011, 11:43

[AlexeyW]

Да, кстати - резистор в полома переставьте лучше на коллектор. Тогда к моменту закрывания почти весь ток будет уже идти через диод, а не весь переключаться.

[Марк_Я]

никаких миллисекунд - только микросекунды !

Вы не поняли. Это речь шла о ДИОДЕ шунтирующем катушку на обратном ходе.
200 ампер допустимы через 1N5408 при длительности импульса не более 8 мс.
Только об этом шла речь.
Представленная схема срабатывает ОЧЕНЬ редко (скважность не менее 1000). Встроенный диод транзистора нормирован в даташите, но и его я продублировал ультрафастом. Выключение транзистора происходит ПОСЛЕ завершения процесса. Т.е. на нулевом токе коллектора.
Сам транзистор тоже ультрафаст. Включается за 30...40 нс, выключается за 120 нс.

Да, кстати - резистор в полома переставьте лучше на коллектор. Тогда к моменту закрывания почти весь ток будет уже идти через диод, а не весь переключаться.

При выключении тока НЕТ. Весь вышел... Режим такой...

[domowoj]

Встроенный диод транзистора нормирован в даташите, но и его я продублировал ультрафастом.

Судя по названию, у транзистора нет встроенного обратного диода.

[_Pasha]

Встроенный диод транзистора нормирован в даташите, но и его я продублировал ультрафастом. Выключение транзистора происходит ПОСЛЕ завершения процесса. Т.е. на нулевом токе коллектора.
Сам транзистор тоже ультрафаст. Включается за 30...40 нс, выключается за 120 нс.

Все-же, а почему стоит не ультрафаст-версия 5408. Не, я понимаю - там в пике 150А, но все же?

[AlexeyW]

Все-же, а почему стоит не ультрафаст-версия 5408. Не, я понимаю - там в пике 150А, но все же?

Есть большое подозрение, что скорость диода определяет только процессы закрывания, открывание же определяется только индуктивностью цепи. Утверждать не буду, но вроде это так.

[_Pasha]

Есть большое подозрение,

Ага, понял, спасибо.

[Microwatt]

Вы не поняли. Это речь шла о ДИОДЕ шунтирующем катушку на обратном ходе.
200 ампер допустимы через 1N5408 при длительности импульса не более 8 мс.
Только об этом шла речь.

При выключении тока НЕТ. Весь вышел... Режим такой...

Да поняли, поняли. Зачем тогда диод вообще, если он не работает?
Там минимум UF5408 стоять должен, а не 50Гц диод.
Точно в катушке ничего нет при выключении? Как-то со схемой плохо вяжется.... Источник - батарея конденсаторов?
Вы в поостом симуляторе силовой контур прогоните.... Вполне может оказаться. что ток есть и немалый и напряжение тоже.
Это же колебательный контур!

[Марк_Я]

Я случайно обозвал диод 1N, конечно там стоит UF, извините... Прикол в том, что ставлю FR307 или UF5408, а даташит в папке изделия лежит от 1N... Чего то я стал рассеяным...
С диодом в IRG тоже вышла ошибочка - это мой косяк. Я их взял из имеющихся в наличии. Привык, что у IXYS стоит нормированный даташитом диод и просмотрел...
Однако в схему его все одно заложил. Спасибо за своевременное предупреждение.
Что касается контура, то я сначала просимулировал схему в Микрокапе, а уж потом смакетировал.
Батареи конденсаторов там нет. Один электролит 56...100 мкФ 400 Вольт. Номинал индуктивности я написал - 0,5 мГн.
Получается резонансная частота около 700...900 Гц. Т.е. полпериода максимум 700 мкс. А импульс отпирания транзистора - 2...2,5 мс Процесс однозначно закончится, поскольку контур шунтирован. Это и видно на осциллограмме тока в катушке.
Нежелательные режимы возникают только при коммутациях сети с одновременным запуском схемы. Для этого и поставил шунтирующий транзистор диод.

Сообщение отредактировал Марк_Я - Mar 30 2011, 03:39

[НЕХ]

бывает необходимость шунтирования накопительного конденсатора диодом во избежании резонансной перезарядки конденсатора в обратной полярности.

[Serg SP]

и драйвер, не работующий меньше 15 вольт, например, HCPL3120/

Недавно конструировал драйвер полумоста как раз на HCPL3120. Был неприятно удивлён, что попавшиеся мне экземпляры работают начиная с 12В. Вышел из положения хитро: для питания управления верхним и нижним ключом у меня стоит махонький прямоход DC/DC, я домотал ещё одну обмотку, которую застабилизировал на уровне 10В, а две обмотки для питания самих драйверов у меня имеют удвоенные по сравнению с 10 - вольтовой обмоткой количества витков. От этой 10 - вольтовой обмотки я питаю сам ШИМ - контроллер. И что же получается? При старте ШИМ - контроллер менее 7 В не работает, т.е. на драйверах минимум 14В, а при выходе на режим - 20В (отрицательное смещение 3В предусмотрел), т.е. на затворе при работе от -3В до +17В, что очень гуд. При старте от -3В до +11В, что тоже очень даже ничего.

Сообщение отредактировал Serg SP - Mar 30 2011, 15:28

[AlexeyW]

бывает необходимость шунтирования накопительного конденсатора диодом во избежании резонансной перезарядки конденсатора в обратной полярности.

Пока транзистор открыт, тут так и получается

Получается резонансная частота около 700...900 Гц. Т.е. полпериода максимум 700 мкс. А импульс отпирания транзистора - 2...2,5 мс Процесс однозначно закончится, поскольку контур шунтирован. Это и видно на осциллограмме тока в катушке.

В этой схеме не может ток утихнуть за 2,5мс. Апериодический процесс будет тянуться долго, через 2мс ток будет около 10А. Другое дело, что он течет в диоде, не касаясь транзистора (я раньше ошибся).

[Марк_Я]

В этой схеме не может ток утихнуть за 2,5мс. Апериодический процесс будет тянуться долго, через 2мс ток будет около 10А. Другое дело, что он течет в диоде, не касаясь транзистора (я раньше ошибся).

Ток через транзистор не течет. А какой ток будет в диоде - дело десятое... На процесс выключения транзистора это не влияет.

[ZVA]

Отключение транзистора при 0 тока. Включение тоже.Скорость нарастания тока при включении (при Ваших параметрах контура) менее 1А/мкс.
Следовательно ультрафаст тут не нужен и можно ставить самый медленный лоусатурайшен, и драйвер 6 амперный тоже.... из пушки по воробьям. ИМХО.

[Марк_Я]

При штатном функционировании - Вы правы, все именно так. За исключением диода параллельного катушке - он переключается со скоростью изменения синусоиды в точке перехода через 0, в данном случае - 900 Гц.
Но при коммутациях питания при одновременном управлении ключом уже все не так очевидно. А устройство эксплуатируется именно с такими возможными событиями.
Драйвер на 6 ампер стоит 1 доллар. Правда он одноканальный. Но мне 2 канала не нужны, а менее мощные но двухканальные драйверы стоят приблизительно столько же.
Кроме того, схемотехника цепей питания устройства много проще и оптимальнее именно в варианте КМОП драйвера.

Сообщение отредактировал Марк_Я - Apr 1 2011, 05:59

[NikF]

Был случай в практике, привезли разные драйвера фирменные, так вот с драйвером с выходным током 15А и Rg = 3.3 Ом, модуль IGBT на 400А, благополучно накрылся. Плюнули на эти фирменные драйвера и поставили связку HCPL3120+КТ817,816. Этот драйвер прекрасно работал при Rg = 1.8...6.8 Ом с модулями до 1000А. Схема включения почти такая же, одиночный импульс правда длительность от 10 до 100мкс регулируемая. Еще очень влияет паразитная индуктивность силового контура, подводящие шины планарные и т.д.

[AlexeyW]

Еще очень влияет паразитная индуктивность силового контура, подводящие шины планарные и т.д.

Действительно очень важно. Причем, не знаю про модули - но обычные транзисторы в корпусах до ТО-247 имеют, как правило, только силовой вывод эмиттера, а у него еще внутренняя индуктивность - при быстром нарастании или спаде тока выброс на ней вполне может пробить затвор.

[NikF]

Ну пробить затвор это врядли, надо все-таки вольт 30, а вот подкинуть затворное напряжение вольт на 5 может, в то время когда это не нужно. Что приводит к несанкционированному включению ключа и как следствие, к тепловому пробою от сверхтока. Поэтому и закрывать IGBT рекомендуется небольшим вольт 5, минусом.

Сообщение отредактировал NikF - Apr 20 2011, 19:07

[AlexeyW]

Ну пробить затвор это врядли, надо все-таки вольт 30, а вот подкинуть затворное напряжение вольт на 5 может, в то время когда это не нужно. Что приводит к несанкционированному включению ключа и как следствие, к тепловому пробою от сверхтока. Поэтому и закрывать IGBT рекомендуется небольшим вольт 5, минусом.

Зависит от тока - мы с трудом и ухищрениями боролись с самозапиранием при работе на нагрузку около 0,4мкГн при напряжении 300-400В, там запросто 6-7 вольт набегало, и это не самый трудный случай. Про -5В учту, спасибо.

[НЕХ]

познавательный труд нашёл... про ключи и не только.

[AlexeyW]

познавательный труд нашёл... про ключи и не только.

Спасибо! Какая знакомая классика жанра ) Я для таких ускоряющих линий даже свое моделирование писал когда-то

[Drewa]

Цел диодик. Только что прозвонил.

Вы попробуйте посмотреть внимательно на геометрию эмиттерной цепи. Если Вы выключаете транзистор при ненулевом токе, на индуктивности эмиттерной цепи вполне можно при хорошем раскладе получить иголку более 20В, и дёшево выбить IGBT по затвору. Проверьте, что у проводника земли управления, которая идёт к драйверу, и у земли силовой, которая идёт к "минус 300В", нет общих участков. Длительность этой иголки примерно равна длительности спада для данного транзистора, а амплитуда - обратно пропорциональна ей.

Ну пробить затвор это врядли, надо все-таки вольт 30

Да с лёгкостью необычайной! Для более быстрых транзисторов IRGP50B60PD1, ну и чуть более серьёзных отключаемых токов, скажем, около ста с небольшим ампер, для этого вполне может хватить длины эмиттерного вывода. Но я с Вами совершенно согласен, что получить повторное отпирание транзистора гораздо проще.

[vao]

Я не очень часто использую IGBT, поэтому был весьма удивлен, когда в типовой схеме включения происходит пробой транзистора (все электроды стянуты в точку).
Намагничивающее устройство. Импульсы разовые (не чаще 1...2 секунд период). Конденсатор разряжается в катушку. Ток около 90 ампер в пиковом значении. Время процесса около 750 мкс (импульс запуска длиннее).
Драйвер 6 амперный. Блокировки по питанию не показаны, но имеются.
Транзистор имеет импульсный допустимый ток 220 ампер. Напряжение коллектора 600 вольт (у меня всего 300...320).
Вроде все ОК...
Схема:
[attachment=54846:react.jpg]

Я в некотором недоумении.
Спасибо.

Я бы посоветовал вам заменить дид на ультабыстрый, так как у вас обычный диод - это не правильно. И переделать затворную цепь транзистора - поставить супрессор. Но основная причина (на мой взгляд) - это диод.
У меня с подобными схемами проблем небыло.
И еще. как сгорает транзистор? через какоето время - не проходит по току.
Внезапно - пробой по напряжению.

У вас ключ без обратного диода, время во велюченом состоянии больше полупериуда коллебательного прцесса "Время процесса около 750 мкс (импульс запуска длиннее)." (хотя судя по номиналам схемы это бред). В этом случае IGBT точно сгорит.
В общем у вас есть нестыковки.