Руководство по применению IGBT и IPM. Руководство по применению биполярных транзисторов с изолированным затвором
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
Часть инвертора +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCC ¦напряжение пи-¦максимальное допустимое напряжение¦ ¦ ¦тания ¦шины постоянного тока, приложенное¦ ¦ ¦ ¦между полюсами P-N ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCC(surge) ¦напряжение пи-¦максимальный допустимый всплеск¦ ¦ ¦тания (всплеск)¦напряжения при переключении, при-¦ ¦ ¦ ¦ложенный между полюсами P-N (см. ¦ ¦ ¦ ¦раздел 4.3.2.) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCES ¦напряжение кол-¦максимальная допустимая амплитуда¦ ¦ ¦лектор-эмиттер ¦напряжение между коллектором и¦ ¦ ¦ ¦эмиттером при управляющем сигнале¦ ¦ ¦ ¦выключения на входе (см. раздел¦ ¦ ¦ ¦4.3.) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦±IC ¦ток коллектора ¦максимальный допустимый постоянный¦ ¦ ¦ ¦ток коллектора и ток рекуперацион-¦ ¦ ¦ ¦ного диода при T = 25°C ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦±ICP ¦ток коллектора ¦амплитудное значение макс. допус- ¦ ¦ ¦(ампл. знач.) ¦тимого тока коллектора и тока ре-¦ ¦ ¦ ¦куперационного диода при Т = 25°C ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦PC ¦рассеяние на¦максимальная допустимая мощность¦ ¦ ¦коллекторе ¦рассеяния на каждое переключение¦ ¦ ¦ ¦IGBT при T = 25 C ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦Tj ¦температура р-п¦диапазон допустимых температур пе-¦ ¦ ¦перехода ¦реходов IGBT в течение работы ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ - 107 - Часть электрического тормоза +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VR(DC) ¦обратное напря-¦максимальное допустимое обратное¦ ¦ ¦жение рекупера-¦напряжение на рекуперационном дио-¦ ¦ ¦ционного диода ¦де ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦IF ¦прямой ток ре-¦максимальный допустимый постоянный¦ ¦ ¦куперационного ¦ток рекуперационного диода при¦ ¦ ¦диода ¦TC = 25°C ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ Часть управления +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VD ¦напряжение пи-¦максимальное допустимое управляю-¦ ¦ ¦тания ¦щее напряжение питания ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCIN ¦входное напря-¦максимальное допустимое напряжение¦ ¦ ¦жение ¦между контактами входа (I) и земли¦ ¦ ¦ ¦(C) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VFO ¦неисправность ¦максимальное допустимое напряжение¦ ¦ ¦на выходе нап-¦между выводами сигнала неисправ-¦ ¦ ¦ряжения питания¦ности на выходе (FO) и земли (C) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦IFO ¦неисправность ¦максимальный допустимый ток стока¦ ¦ ¦выходного тока ¦на выводе неисправности на выходе¦ ¦ ¦ ¦(FO) ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ - 108 - Система в целом +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCC(prot) ¦напряжение пи-¦максимальное допустимое напряжение¦ ¦ ¦тания с защитой¦шины постоянного тока, приложенное¦ ¦ ¦от перегрузки¦между контактами P и N при гаран-¦ ¦ ¦по току и КЗ ¦тированной защите от перегрузки по¦ ¦ ¦ ¦току и КЗ (см. раздел 4.3.) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦TC ¦рабочая темпе-¦максимальная допустимая температу-¦ ¦ ¦ратура корпуса¦ра корпуса на краю основания моду-¦ ¦ ¦модуля ¦ля ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ Система в целом +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦Tstg ¦температура при¦диапазон допустимых температур ок-¦ ¦ ¦хранении ¦ружающей среды без приложения¦ ¦ ¦ ¦напряжение или протекания тока ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦Viso ¦напряжение про-¦максимальное напряжение (V пере-¦ ¦ ¦верки электри-¦менного тока, частотой 60 Гц,¦ ¦ ¦ческой прочнос-¦1 мин) между основанием и выводами¦ ¦ ¦ти ¦модуля (все сетевые и сигнальные¦ ¦ ¦ ¦выводы закорочены вместе) ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ - 109 - 4.2.2. Тепловое сопротивление +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦Rth(j-c) ¦тепловое сопро-¦максимальная величина теплового¦ ¦ ¦тивление между¦сопротивления между р-п переходом¦ ¦ ¦р-п переходом и¦и корпусом на каждый IGBT или ре-¦ ¦ ¦корпусом ¦куперационный диод ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦Rth(c-f) ¦контактное теп-¦максимальная величина теплового¦ ¦ ¦ловое сопротив-¦сопротивления между корпусом и ра-¦ ¦ ¦ление ¦диатором на каждый ключ (пара¦ ¦ ¦ ¦IGBT - FWD) при наличии тепловой¦ ¦ ¦ ¦смазки, примененной в соответствии¦ ¦ ¦ ¦с рекомендациями по монтажу ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ - 110 - _24.2.3. Электрические характеристики Часть инвертора и электрического тормоза +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCE(sat) ¦напряжение на-¦напряжение в рабочем режиме IGBT ¦ ¦ ¦сыщения коллек-¦при регламентированном токе кол- ¦ ¦ ¦тор-эмиттер ¦лектора и определенных условиях ¦ ¦ ¦ ¦измерения (см. рисунок 4.6) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VEC ¦прямое напряже-¦прямое напряжение рекуперационного¦ ¦ ¦ние рекупераци-¦диода при регламентированном токе ¦ ¦ ¦онного диода ¦и определенных условиях измерения ¦ ¦ ¦ ¦ ¦(см. рисунок 4.7) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦ton ¦время включения¦ ¦ ¦trr ¦время восстано-¦ ¦ ¦ ¦вления рекупе- ¦ ¦ ¦ ¦рацион. диода ¦время переключения индуктивной на-¦ ¦tс(on) ¦время переходн.¦грузки при регламентированных ус- ¦ ¦ ¦процесса при ¦ловиях (см. рис. 4.8) ¦ ¦ ¦включении ¦ ¦ ¦toff ¦время выключения ¦ ¦tc(off) ¦время переходн.¦ ¦ ¦ ¦процесса при ¦ ¦ ¦ ¦выключении ¦ ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦ICES ¦ток отсечки ¦ток коллектор-эмиттер в выключен- ¦ ¦ ¦коллектор- ¦ном состоянии при определенных ¦ ¦ ¦эмиттер ¦условиях измерения и приложенном ¦ ¦ ¦ ¦напряжении VСE = VCES ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ - 111 - Часть управления +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VD ¦напряжение ¦диапазон допустимых напряжений ¦ ¦ ¦питания ¦электропитания схемы управления в ¦ ¦ ¦ ¦режиме переключения ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦ID ¦ток в цепи ¦ток, потребляемый схемой управле-¦ ¦ ¦ ¦ния в ждущем режиме ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCIN(on) ¦входное напря-¦напряжение, приложенное между за- ¦ ¦ ¦жение включения¦жимами входа (I) и земли (С), ¦ ¦ ¦ ¦которое гарантированно включит IPM¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCIN(off) ¦выходное напря-¦напряжение между зажимами входа ¦ ¦ ¦жение выключе-¦(I) и земли (С), которое гаранти-¦ ¦ ¦ния ¦рованно выключит IPM ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦fpwm ¦входная частота¦диапазон ШИМ-частоты для работы ¦ ¦ ¦ШИМ ¦инвертора переменного напряжения и¦ ¦ ¦ ¦переменной частоты (VVVF) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦tdead ¦время паузы ¦время задержки между входными ¦ ¦ ¦ ¦включающими сигналами верхнего и ¦ ¦ ¦ ¦нижнего плечей для предотвращения ¦ ¦ ¦ ¦сквозных токов ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦OC ¦пороговое ¦ток коллектора, при котором будет ¦ ¦ ¦значение тока ¦срабатывать защита от перегрузки ¦ ¦ ¦перегрузки ¦по току (см. рисунок 4.10) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦SC ¦пороговое ¦ток коллектора, при котором будет ¦ ¦ ¦значение тока ¦срабатывать защита от короткого ¦ ¦ ¦КЗ ¦замыкания (см. рисунок 4.10) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ - 112 - +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦toff(oc) ¦время задержки ¦время задержки от момента, когда ¦ ¦ ¦при перегрузке ¦ток коллектора превысит порог сра-¦ ¦ ¦по току ¦батывания защиты от тока перегруз-¦ ¦ ¦ ¦ки (ОС) до момента срабатывания ¦ ¦ ¦ ¦этой защиты (см. рисунок 4.10) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦ОT ¦пороговый уро- ¦температура основания, при которой¦ ¦ ¦вень превышения¦срабатывает защита от превышения ¦ ¦ ¦температуры ¦температуры (см. рисунок 4.15) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦ОТr ¦уровень возвра-¦температура, ниже которой должна ¦ ¦ ¦та в исходное ¦упасть температура основания для ¦ ¦ ¦состояние после¦возврата схемы защиты в исходное ¦ ¦ ¦превышения тем-¦состояние после превышения темпе- ¦ ¦ ¦пературы ¦ратуры (см. рисунок 4.15) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦UV ¦порог понижения¦величина напряжения электропитания¦ ¦ ¦напряжения пи-¦цепей управления, ниже которой бу-¦ ¦ ¦тания цепей уп-¦дет срабатывать защита от пониже-¦ ¦ ¦равления ¦ния напряжения (см. рисунок 4.14) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦UVr ¦порог возврата ¦напряжение электропитания цепей ¦ ¦ ¦в исходное сос-¦управления, которое должно быть ¦ ¦ ¦тояние защиты ¦превышено для возврата в исходное ¦ ¦ ¦от понижения ¦состояние после неисправности ¦ ¦ ¦напряжения ¦из-за понижения напряжения ¦ ¦ ¦ ¦(см. рисунок 4.14) ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦IFO(Н) ¦неактивный ток ¦ток на выходе “сигнал неис-¦ ¦ ¦сигнала неисп- ¦правности” при отсутствии неисп-¦ ¦ ¦равности ¦равности ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦IFO(L) ¦активный ток ¦ток на выходе “сигнал неис-¦ ¦ ¦сигнала неисп- ¦правности” при наличии неисправ- ¦ ¦ ¦равности ¦ности ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ - 113 - +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦tFO ¦длительность ¦длительность импульса сигнала не- ¦ ¦ ¦выходного им- ¦исправности (см. рисунок 4.17) ¦ ¦ ¦пульса сигнала ¦ ¦ ¦ ¦неисправности ¦ ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VSXR ¦выходное напря-¦регулируемое напряжение питания на¦ ¦ ¦жение на выводе¦выводе SXR для управления внешней¦ ¦ ¦SXR ¦оптопарой ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ 4.2.4. Рекомендуемые условия работы +———————————————————————————————————————————————————————————————+ ¦Обозначение ¦ Параметр ¦ Определение ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCC ¦напряжение си-¦рекомендуемый диапазон напряжения ¦ ¦ ¦лового питания ¦на шинах постоянного тока ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦V ¦ напряжение ¦рекомендуемый диапазон напряжений ¦ D ¦ ¦питания цепей ¦питания цепей управления ¦ ¦ ¦ управления ¦ ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCIN(on) ¦входное включа-¦рекомендуемый диапазон входных ¦ ¦ ¦ющее напряжение¦напряжений для включения IPM ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦VCIN(off) ¦входное выключа¦рекомендуемый диапазон входных ¦ ¦ ¦ющее напряжение¦напряжений для выключения IPM ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦fpwm ¦входная частота¦рекомендуемый диапазон несущей ¦ ¦ ¦ ШИМ ¦частоты ШИМ в рекомендуемой схеме ¦ ¦ ¦ ¦применения ¦ +————————————+———————————————+——————————————————————————————————¦ ¦tdead ¦время паузы ¦рекомендуемое время задержки между¦ ¦ ¦ ¦включающими сигналами верхнего и ¦ ¦ ¦ ¦нижнего плеч в реко- ¦ ¦ ¦ ¦мендуемой схеме применения ¦ +———————————————————————————————————————————————————————————————+ - 114 - 4.2.5. Схемы и условия проверки Для оценки характеристик IPM используются следующие схемы проверки Проверка напряжений VCE(sat)и VCE Для обеспечения установленной температуры p-n перехода Tj измерения напряжения VCE(sat) и VEC должны выполняться как им- пульсные тесты при малой скважности (короткое время измерения и длительные паузы между измерениями).  Рис. 4.6. Проверка напряжения VCE(sat)  Рис. 4.7. Проверка напряжения V EC Полумостовая схема для проверки и определения времени переключений На рисунке 4.8 показана стандартная полумостовая схема для проверки, а на рисунке 4.9 - осциллограммы при переключениях. Время переключений и характеристики восстановления рекупера- ционного диода показаны на рис. 4.9. - 115 -  Рис. 4.8. Полумостовая схема для проверки и измерения време- ни переключений  Рис. 4.9. Полумостовая схема для проверки и измерения време- ни переключений Проверка режимов перегрузки по току и короткого замыкания Пороговые уровни и требования к временным интервалам в режи- мах защиты от короткого замыкания и перегрузки по току определя- ются, как показано на рисунке 4.10. При использовании фиксирован- ного сопротивления нагрузки R напряжение питания VCC постепенно увеличивается до тех пор, пока не будут достигнуты пороги перег- рузки по току и короткого замыкания. - 116 -  Рис. 4.10a. Схема для проверки режимов перегрузки по току и короткого замыкания  Рис. 4.10b. Проверка режимов перегрузки по току и короткого замыкания 1 - включающий импульс 2 - входной сигнал 3 - нормальная работа 4 - перегрузка по току 5 - короткое замыкание Предосторожности при проверке а. До приложения любого напряжения питания цепей управления (VD) входные выводы должны быть соединены через резисторы с со- ответствующими штырями управления питанием (или SXR). Каждый входной сигнал должен быть в состоянии “выключено” при наличии напряжения электропитания цепей управления. После этого следует подать определенные включающие и выключающие уровни, установлен- ные для каждого входного сигнала. Напряжение электропитания цепей управления должно быть приложено и к неработающему плечу проверя- - 117 - емого модуля, и входы этих плеч должны удерживаться в выключенном состоянии. b. При проведении проверок “Перегрузка по току” и “КЗ” при- оженное напряжение VCC должно быть меньше, чем напряжение VCC(prot.) и нельзя допускать всплеска выключающего перенапряже- ния выше напряжения VCES, регламентированного для данного уст- ройства. (Эти испытания не должны выполняться с использованием самопишущего прибора). |