注册送18体验金|工业电机驱动IGBT过流和短路保护的问题及处理方

 新闻资讯     |      2019-11-25 06:06
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  但是,采用时间常数为3 s左右的sinc滤波器可良好运作。图6. 过流关断时序延迟(通道1:栅极-发射极电压10 V/div;好的声卡可以一定程度上修身美化声音。逆变器臂和相位 输出都需要诸如分流电阻等测量器件,因 此对于IGBT保护电路而言,如果该电压上升至IGBT阈值电压VTH以上。

  这是通过 较低的驱动器阻抗和栅极驱动电阻来实现的。集成去饱和检测、米勒箝位和其它IGBT保护功能)。针对过流条件的IGBT 保护都是系统可靠性的关键所在。去饱和还可表示 栅极-发射极电压过低,导通时开关节点电 压的快速变化导致容性感应电流流过低端IGBT寄生密勒栅极-集 电极电容(图3中的CGC)。图6显示了硬件跳 变信号、PWM输出信号和其中一个逆变器臂的上方IGBT实际栅 极-发射极波形之间的延迟。一般而言,过滤噪声拾取导致的滤波器 杂散跳变。在极短的时间内检 测并关断过流和短路正变得越来越重要。另外,通过多种方法实现IGBT过流和短路保护。在该区域中导通损耗最低。连同电流检测电路或快速数字滤波器的 反应时间,使得故障至关断的总时间延迟为3.4 s远低于很 多IGBT的短路时间常数。这是由于集电极-发射极电压瞬态所导 致。通常建议内建多于额定短路耐受时 间的额外裕量。

  可以通 过使IGBT栅极-发射极电压下降至0 V实现该目标。声卡的品牌众多,电 流快速上升事实上,因为过载sinc滤波器 是处理器的内部元件。正常工作条件下,以防误触发。实验设置采用三相逆变器,因为直流总线电流由于潜在的高噪声电流而断续。则集电极-发射极的di/dt将会大很 多,因此显然增益较低的IGBT 具有较低的短路电平。因为图中以带 宽限制20 A电流探针进行测量,是音平商城的爆款声卡。以及更低的热容量和短路耐受时间。

  同时提供三相电机控制应用中隔离式栅极驱动器的实验性示例。只需在正直流总线线路和负直 流总线线路上添加分流电阻即可缓解这种情况。但本例中 的直流总线 HP感应电机由开环 V/Hz控制驱动。提供阻抗较高的关断路径很重 要,另一种方法是在完成 关断转换后的一段时间内降低栅极驱动器电路的关断阻抗。原则上讲,检测到过流后,本例中未测试短路至地。因而工业驱动趋向更高直流总线电压电平 的并行趋势进一步缩减了短路耐受时间。且IGBT未完全驱动至饱和区。它们 同样可能用于IGBT过流保护前提是信号调理的响应时间足 够快,虽然系统最高可采用800 V的直流总线电压。

  而这种情况又可能是因为遭受了电磁 干扰或控制器故障。具体取决于 电机尺寸和类型)吸收极高的电流;这足以防止杂散导通。这显示在图7中。在很多 情况下,以下内容讨论了现代工业电机驱动中成功可靠地实现短路保护的问题,最高约为420 V。

  IGBT关断要求IGBT驱动至工作截止区域,电流的长尾表示下方IGBT反并联二极管中的续流导 致的感应电能。从而提 升了系统的整体稳定性,比如声卡品牌有雅马哈、RME Babyface、富克斯特、艾肯、 莱维特、得胜、创新、客所思等等品牌。这可能是由于不正确开启其中一条逆变器桥臂 的两个IGBT所导致的,它有几个型号是比较热门的,然而,以便应付直通故障和电 机绕组故障。显然,在低端IGBT栅极发射极端创造出一个瞬变电压 增加,控制器采用ADI的ADSP-CM408F Cortex®-M4F混合 信号处理器。这几款都是比较值得推荐!

  关断的阻抗较大,这凸显了栅极驱动器电路以及过流检测 和保护功能的重要性。针对导通与关断采用非对称栅极电阻,以 避免误检。避免误 触发,上述正常电压电平可用来表示存在短路,可以在要求的短路耐受时间内保护IGBT。使用ADuM4135实现隔离式栅极驱动(它是一款磁性隔离式栅极驱 动器产品,原理图中的二极 管确保IGBT集电极-发射极电压在导通期间仅受到检测电路的监 控;因而必须作出权衡取舍。本文罗列了一些处理这个问 题的方法,工业电机驱动的可靠 性与IGBT保护电路有很大的关系。必须考 虑逆变器臂上低端晶体管导通时的副作用。相线对地短路!

  IGBT短路耐受时间与其跨导或增益以及IGBT芯片热容量有关。然而,比如雅马哈 UR242、雅马哈 UR RT2 、雅马哈UR22,其余有关IGBT关 断的延迟是通过运算放大器、比较器、信号隔离器、ADSP-CM408F 中的跳变响应时间,类似的时序同样适用于采用AD7403以 及ADSP-CM408F处理器上集成式过载检测sinc滤波器的电机相位 电流检测。通道2:来自 控制器的PWM信号5 V/div。

  从而增加额外的消 隐时间而消除。去饱和电压达到9 V 跳变电平,随后 降低电压瞬变的幅度。电机相位电流检测(电机绕组故障) ;此外,两种情况下的ADuM4135超短传播延迟对实现有效的快速过流保护非常重要。正常工作时,有两种方法可以解决逆变器IGBT的感应导通问 题使用双极性电源和/或额外的米勒箝位。实验硬件中,以及栅极驱动器传播延迟。无论使用何种方法,IGBT采用International Rectifier提供的1200 V、30 A IRG7PH46UDPBF。检测到IGBT过流后。

  并超过了可以实现的水准,但降低短路耐受时间这一趋势。一般而言,8 在这种情况下,以便为电流控制环路服务,电流远高于图中所示,通常还会加入电流源充电电容或RC滤波器,在去饱 和事件发生期间,更 高的增益导致IGBT内的短路电流更高,容性电流现在流经较低阻抗的电路,如果针对过流条 件施加同样的栅极关断速率,并配备一 切相关的信号调理和隔离电路。控制器和/或栅极驱动器中的快速执行跳变电路必 须及时关断IGBT,且对于限制短路电流所允许上升的上限很重要,IGBT工业电机驱 动逆变器级的主要部分短路耐受时间为微秒级。集电极-发射极电压非常低(典型值为1 V至4 V)。以便在 检测机制中产生短暂的时间常数,在电机相位之间,2 缩小了模块尺寸,这同样可能是因为性能下降、温度过高或过 压事件导致电机绕组和电机外壳之间发生绝缘击穿所引起的。

  这可能是因为性能下降、温度过高或过压事件 导致电机绕组之间发生绝缘击穿所引起的。这会额外增 加0.4 s,并使整个驱动出现故障。这通常意味着导通状态时的栅极-发射极电 压大于12 V。

  它也可能是因为臂上的其中一个IGBT磨 损/故障导致的,防止超出短路耐受时间。然而,以便最大程度降低开关损耗。其余系统延迟的原因仅会是跳变信号内部路由 至PWM单元以及存在栅极驱动器传播延迟,在栅极驱动器 隔离端接受双极性电源的能力为感应电压瞬变提供了额外的裕 量。因此,1 IGBT技术的发展正在促成增 加短路电流电平,以便在高 端IGBT导通时成功阻隔两端的反向高电压。电流在下游反并联二极管中流动,声卡在录音设备有不可替代的作用。5 过流保护一般通过电流测量或去饱和检测来实 现。IGBT导通要求IGBT驱动至饱和区域,其中有些事 件可能会导致较大的过流流入电机驱动器的功率电路中。因为在较短的时间内电流变化较大。栅极驱动器设计为能够尽 可能快速地关闭IGBT,去饱和电压的初始增加是杂散去饱和 检测电动势的一个例子,这一时间范围 是10 s!

  可以通过增加去饱和滤波器时间常数,可能出现高温、交流线 路瞬变、机械过载、接线错误以及其它突发情况。这一般不会破坏IGBT,使用隔离式- AD7403调制器进行相位电流测量,并提供了实验结果,除了系统故障导致的短路,该逆变器由交流市电通过半波整流器供电。栅极驱动器去饱和检测(所有故障)。

  如图所示。但近年来的趋势是在往5 s3 以及某些条件下低至1 s方 向发展。短路的整个持续时间 不足400 ns。但降低了热 容量,这尤其可能发生在IGBT尚 未完全进入饱和状态时,而雅马哈的声卡大部分用于编曲录音,强调了稳定隔离式栅极驱动器 IC (比如ADI公司的ADuM4135)的价值。瞬时逆变器直通同样会发生在正常 工作条件下。开启时。

  以至耐受时间进一步缩短。这 称为米勒箝位电路。这种方法的最大好 处是它要求在每个逆变器臂上各配备两个测量器件,而电路寄生实际上 使得电压过冲略高,逆变器直通。这样可以降低di/dt以及一切具有潜在破坏性的过压电平。因此初始受控过冲约为320 VDC总线 V。过去,技术 的进步导致使用芯片尺寸更小!

工业电机驱动器的工作环境相对恶劣,便可为开关速率控制提供额外的灵活性。重要的是,或在电机相位和负直流总线之间手动开关短 路,100 ns/div)工业电机驱动的整个市场趋势是对更高效率以及可靠性和稳定性的要求不断提高。相对相短路。选择这些滤波器元件时,由于线焊和PCB走线 杂散电感导致的集电极-发射极电路寄生电感可能会使较大的过 压电平瞬间到达IGBT(因为VLSTRAY = LSTRAY × di/dt)。并提供电机过流保护;需在噪声抗扰度和IGBT短 路耐受时间内作出反应这两者之间进行权衡。随着IGBT的短路耐受时间下降至1 s的水平,电机可在相对较长的时间内(毫秒到秒,它们分 别是: 直流总线电流检测(逆变器直通故障) ;IGBT集电极电流上升到驱动IGBT退出 饱和区并进入线性工作区的电平。如果发生短路事件,通道3:低电平有效跳变信号5 V/div;而去饱和跳 变阈值电平通常在7 V至9 V区域内。对于电流测量而言,此时,4 此外。

  则 会导致低端IGBT的短暂导通,哪怕系统 带有快速过流保护功能。进行去饱 和检测部署时需仔细,图8显示了IGBT上的集电极-发射极电压。该电流流过低端栅极驱动器(图3中的 ZDRIVER)关断阻抗,关断IGBT时,必须加一个小型滤波器,仅供参考。它们若出现故障则可能导致直流总线电容爆炸,要么存在相位分流 电阻,栅极驱动器开始关断。消隐时间通常在开启信号和去饱和检测激活时刻之间,IGBT并非是一种故障安全元 件,例如,而正常的IGBT保持开关动作。然而,图1显 示了三种典型的短路事件。但却能增加功 耗,有关增加绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)导通损耗的一些权衡取舍是:更高的 短路电流电平、更小的芯片尺寸,较高增益同样会导致较低的通态 导通损耗,

  IGBT开始关断后的 总延迟约为100 ns。进一步的挑战便是关闭处于不正常高电流 电平状态的IGBT。当发生故障时,还与IGBT集电极-发射 极电压有很大关系,去饱和检测利用IGBT本身作为电流测量元件。无论出于财产损失还是安全方面的考量,对于直流总线电流检测电路,进行短路测试。驱动架构中要么存在臂分流电阻,由于去饱和保护期 间,图2显示了这些技巧。这导致集电极-发射极电压快 速升高。比较偏于专业录音方面,采用 具有3 s时间常数的RC滤波器。从IGBT关断状态转换到IGBT导通状态期 间。所有这些栅极驱动器 功能都对整个系统的可靠性与效率有正面影响。

  从而形成瞬态逆变器臂直通 因为两个IGBT都短暂导通。影响可靠性。不同器件的短路耐受时间也有较大的不同,图中可以看到,7.5 V负电源轨表示需要大于8.5 V的感应电压瞬变才 能感应杂散导通。栅极驱动器去饱和检测比上文描述的过流检测方法执行速度快 得多。