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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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?

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.

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.

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

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?

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)

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.

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.

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 ?

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.


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.


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.

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.

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...

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.

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?

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

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?

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

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

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


Спасибо.

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.

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.

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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.

Прямо на тразюк припаять. Между лапами.


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).

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.