Kas nutinka per mikrosekundę, kai IGBT išsijungia?

Kiekvieną kartąIGBTišsijungia, per labai trumpą laiką nutinka kažkas smurtinio.

Įtampos bangos formos palyginimas, rodantis IGBT išjungimo smaigalį su CRE slopinimo kondensatoriumi ir be jo

Srovė, tekanti per įrenginį, nutrūksta. Grandinės klaidžiojančioje induktyvumo krūvyje sukaupta energija neturi kur išeiti. Ji išsiskiria kaip įtampos šuolis. Jei niekas nesugeria šio šuolio, jis gali viršyti IGBT vardinę įtampą ir sugadinti įrenginį.

Būtent šiai problemai išspręsti ir sukurtas slopinantis kondensatorius. Ir verta tai tinkamai suprasti, nes skirtumas tarp gero ir vidutinio kondensatoriaus pasireiškia kaip įrenginio gedimai po mėnesių ar metų, o ne iš pirmos dienos.

Snubber kondensatoriaus darbas

A slopinantis kondensatoriusyra skersai perjungimo įrenginio ir atiduoda tą išlaisvintą energiją saugiai vietai.

Kai IGBT išsijungia, kondensatorius sugeria trumpalaikę srovę ir riboja įtampos kilimo greitį (dv/dt) visame įrenginyje. Ši viena funkcija atlieka tris dalykus vienu metu: slopina įtampos šuolius, sumažina perjungimo nuostolius ir išlygina staigius srovės ir įtampos pokyčius, kurie apkrauna likusią grandinės dalį.

Kad tai veiktų gerai, dvi elektrinės savybės yra svarbesnės už viską: maža ekvivalentinė nuoseklioji varža (ESR) ir maža ekvivalentinė nuoseklioji induktyvumas (ESL). Didelė ESR arba ESL sulėtina kondensatoriaus atsaką ir riboja, kaip efektyviai jis gali fiksuoti greitą pereinamąjį procesą. Štai kodėl metalizuota polipropileno plėvelė yra pasirinkta medžiaga daugumai slopinimo taikymų. Ji sujungia mažą ESR/ESL su savaime atsistatančiu dielektriku, todėl kondensatorius patikimai veikia net ir po pakartotinių įtampos apkrovų.

VidujeSMJ-PCRE plastikinės dėžutės IGBT slopinimo kondensatorius

CRE SMJ-P yra plastikinės dėžutės tipo slopinamasis kondensatorius, specialiai sukurtas IGBT apsaugai, su alavuotais variniais įdėklų laidais, kad būtų galima lengvai montuoti tiesiai ant IGBT modulio.

CRE SMJ-P plastikinės dėžutės IGBT slopinimo kondensatorius su alavuotais variniais laidais

Pagrindiniai techniniai parametrai:

Pati konstrukcija paremta ta pačia logika kaip ir elektrinės charakteristikos. Plastikinis korpusas užsandarintas derva, kuri apsaugo apviją nuo drėgmės ir mechaninio įtempio. Galima tiek ašinė, tiek radialinė išvadų konfigūracija, todėl ta pati kondensatorių šeima gali tikti skirtingiems modulių išdėstymams be individualaus perprojektavimo kiekvieną kartą.

Detalė, kurią dauguma straipsnių praleidžia: švino geometrija svarbi tiek pat, kiek ir talpa

Daugumaslopinantis kondensatoriusTurinys apsiriboja ties „naudokite polipropileno plėvelę, ji atsistato pati“. Tai tiesa, bet tai tik pusė inžinerijos istorijos ir būtent ta pusė iš tikrųjų nenusprendžia, ar tam tikra dalis veikia tam tikroje grandinėje.

Kita pusė yra kilpos induktyvumas. Vien talpos vertė negarantuoja mažo įtampos šuolio, jei kondensatoriaus saviinduktyvumas išlieka didelis, nes likęs induktyvumas kilpoje tarp gnybtų ir vidinių jungčių pats savaime yra atsakingas už įtampos šuolio arba pereinamojo proceso generavimą. Kitaip tariant, didelės talpos detalė su ilgais, plonais laidais gali prastesnės eksploatacinės savybės nei mažesnė detalė su trumpais, plačiais gnybtais.

Diagrama, kurioje lyginamas ilgojo laido ir tiesiogiai montuojamų slopinamųjų kondensatorių gnybtų kilpos induktyvumas

Štai kodėl tvirtinimo būdas yra svarbesnis, nei atrodo duomenų lape. Kondensatoriai su plačiais, plokščiais gnybtais, kuriuos galima tiesiogiai prisukti prie IGBT modulio, pasiekia mažesnį savilaidį nei dalys, sujungtos ilgais laidais. SMJ-P alavuoti variniai įdėkliniai laidai ir ašinės arba radialinės konfigūracijos pasirinkimas egzistuoja būtent dėl ​​šios priežasties: kad jungties kelias būtų trumpas ir vardinė talpa iš tikrųjų užtikrintų nurodytą dv/dt apsaugą.

Savaime atsistatanti savybė vis dar svarbi, tačiau atskirai. Metalizuota polipropileno plėvelė, patirianti lokalizuotą dielektriko pramušimą, per mikrosekundes izoliuoja tą gedimą, o ne visiškai sugenda, todėl plėvelė išlieka standartiniu dielektriku šioje srityje, palyginti su keraminėmis ar elektrolitinėmis alternatyvomis. Tačiau savaime atsistatantis ir mažas kontūro induktyvumas yra dvi skirtingos inžinerinės problemos, ir slopinantis kondensatorius turi tinkamai išspręsti abi problemas.

SMJ-P platesniame CRE „Snubber“ kondensatorių diapazone

TheSMJ-P plastikinės dėžutės formatasyra viena iš kelių CRE siūlomų laidų ir korpusų konfigūracijų, skirtų IGBT ir GTO apsaugai nuo slopinimo. Atsižvelgdama į tvirtinimo vietą, laidų orientaciją ir šiluminius reikalavimus, CRE taip pat gamina ašinių laidų ir „Mylar“ juostos variantus, pagamintus naudojant tą pačią metalizuotos polipropileno plėvelės technologiją ir laikantis tų pačių ESR/ESL našumo standartų. Tai reiškia, kad projektavimo komanda gali keisti formatus, maketui tobulėjant, nereikalaudama iš naujo kvalifikuoti pagrindinės dielektrinės sistemos nuo nulio.

Kaip inžinieriai patikrina „Snubber“ kondensatoriaus pasirinkimą

Duomenų lape nurodytos talpos ir įtampos vertės nepakanka, kad būtų patvirtinta, jog slopinantis kondensatorius veiks tam tikroje grandinėje. Standartinis patikros metodas, kurį „SEMIKRON“ aprašė savo IGBT taikymo pastabose, yra išmatuoti faktinę kolektoriaus-emiterio įtampos bangos formą išjungimo metu, su ir be slopinančio kondensatoriaus, ir patvirtinti, kad piko vertė blogiausiomis sąlygomis neviršija IGBT vardinės blokavimo įtampos. Po išjungimo srovė komutuojama į slopinantį kondensatorių, sukeldama srovės piką perjungimo momentu, po kurio seka slopinamas svyravimas tarp slopinančio kondensatoriaus ir nuolatinės srovės jungties, kurio svyravimo dažnis nustatomas pagal šynos parazitinį induktyvumą ir slopinančio kondensatoriaus vertę.

Tas pats akcentavimas laidų geometrijos ir tiesiogiai montuojamų gnybtų techninės įrangos, kaip pagrindinio projektavimo kintamojo, o ne antraeilio požiūrio, atsispindi plačiai platinamoje galios elektronikos projektavimo literatūroje, įskaitant Rudy Severnso „snubber“ projektavimo nuorodą, paskelbtą „Cornell Dubilier“. Pagrindinė fizika taip pat įforminta IEC 61071 – tarptautiniame standarte, reglamentuojančiame galios elektronikos kondensatorius, kurį atitinka ir SMJ-P. Visuose šiuose šaltiniuose tas pats teiginys:Tikslas yra ne tik talpos vertė specifikacijų lape, bet ir išmatuotas, pakartojamas didžiausios įtampos sumažėjimas išjungimo metu.

Kur naudojami SMJ-P kondensatoriai

Pusiau tiltelio IGBT grandinės schema su slopinimo kondensatoriumi C3, prijungtu per nuolatinės srovės šynos bėgius.

Apsauginiai kondensatoriai nėra nišinis komponentas. Jie naudojami visur, kur reikia apsaugoti maitinimo perjungimo įrenginį nuo jo paties perjungimo veiksmo:

• Keitikliai ir variklių pavaros, kur IGBT nuolat persijungia ir jiems reikalinga nuolatinė dv/dt apsauga

•Elektromobilių galios elektronika, kur perjungimo efektyvumas ir komponentų ilgaamžiškumas tiesiogiai veikia veikimo atstumą ir patikimumą

•Atsinaujinančios energijos sistemos, įskaitant saulės keitiklius, kur įtampos šuolių slopinimas apsaugo didelės galios perjungimo įrenginius per dešimtmečius veikiančius

•Lygintuvai,SVCir lokomotyvų maitinimo šaltiniai, kur didelės impulsinės srovės ir sudėtingi darbo ciklai ESR ir ESL veikimą daro ypač svarbų

Visose šiose srityse bendras principas yra tas pats: perjungimo įtaisai generuoja pereinamuosius impulsus, ir kažkas turi juos švariai sugerti, ciklas po ciklo, visą sistemos gyvavimo laiką.

Kodėl medžiagų ir gamybos pasirinkimai laikui bėgant susikerta

Apsauginio kondensatoriaus funkcija duomenų lape atrodo paprasta. Praktiškai našumas nustatomas pagal detales, kurios nepasirodo, kol sistema neveikia daugelį metų: kaip nuosekliai dielektrikas atsistato po įtempimo, kaip tiksliai ESR ir ESL yra kontroliuojami visoje gamybos partijoje ir ar izoliacijos varža išlieka visame temperatūros diapazone, o ne tik kambario temperatūroje.

Štai kodėl CRE SMJ-P sieja savo 100 000 valandų tarnavimo laiką su konkrečia karščio taško temperatūra (≤85 °C), o ne nurodo jį kaip bendrinį skaičių, ir kodėl izoliacijos varža nurodoma atskirai pagal talpos diapazoną, o ne kaip vienas bendras skaičius. Būtent tokios specifikacijos yra svarbios inžinieriui, tvirtinančiam projektą, o ne tik rinkodaros teiginys.

DUK: IGBT slopinimo kondensatoriaus pasirinkimas

Q1：Kas yraIGBT slopinimo kondensatoriuskam naudojamas? 

IGBT slopinimo kondensatorius slopina įtampos šuolius, susidarančius IGBT išsijungus, ir apsaugo įrenginį nuo vardinės blokavimo įtampos viršijimo. CRE metalizuotas polipropileno plėvelės kondensatorius SMJ-P yra sukurtas šiam tikslui, o jo vardinė įtampa gali būti nuo 700 V iki 3000 V nuolatinės srovės.

Q2：Kaip išsirinkti tinkamą slopinančio kondensatoriaus gamintoją? 

Ieškokite gamintojo, kuris siūlo mažo ESR/ESL plėvelinius kondensatorius, pripažintus sertifikatus (IEC 61071, UL94V-0) ir pasirinktines talpos ar įtampos parinktis.CREyra plėvelinių kondensatorių gamintojas, tiekiantis nuolatinės srovės jungtis,IGBT slopintuvasir EMC filtrų kondensatoriai galios elektronikai, atsinaujinančios energijos ir geležinkelių transporto reikmėms, su tiek ašinėmis, tiek radialinėmis išvadų konfigūracijomis.

Q3：Kuo polipropileno plėvelės kondensatorius geresnis už kitų tipų slopinamuosius kondensatorius? 

Metalizuota polipropileno plėvelė pasižymi mažu ESR/ESL, savaime atsistatančiomis dielektrinėmis savybėmis ir stabiliu veikimu plačiame temperatūrų diapazone, todėl, palyginti su elektrolitinėmis ar keraminėmis alternatyvomis, ji yra standartinė dielektrinė plėvelė, skirta slopinimo taikymams. CRE SMJ-P veikia nuo -40 °C iki +85 °C, o jo nominali tarnavimo trukmė – 100 000 valandų.

Visą SMJ-P techninę dokumentaciją galite rasti čia: https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html

Nuorodos:

1. KURTI NAUJĄ ENERGIJĄ, „Plastikinė dėžutė IGBT slopinimo kondensatorius SMJ-P„Produkto duomenų lapas.“ (https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html)

2. „Semikron Danfoss“, „IGBT didžiausios įtampos matavimas ir slopinančio kondensatoriaus specifikacija“, taikymo pastaba AN 07-006.

(https://assets.danfoss.com/documents/latest/444044/AB501644922487en-000201.pdf)

3. Severns, Rudy. „Slopintuvų, skirtų elektros grandinėms, projektavimas“. „Cornell Dubilier“ taikymo pastaba. (https://www.cde.com/resources/technical-papers/design.pdf)

Techninės specifikacijos atspindi paskelbtus duomenis rašymo metu. Prieš galutinai naudodami projektą, skaitytojai turėtų patikrinti dabartinius įvertinimus pagal naujausią gamintojo duomenų lapą.