Избор на модул, драйверна схема, дизайн
Избор на модул и дизайн
Оптималните условия на симетрия винаги се основават на малко отклонение в параметрите на последователно свързаните модули. Моля, избягвайте последователно свързване на модули от различни типове или различни производители.
Драйверът и захранващите вериги трябва да бъдат проектирани главно за минимални паразитни индуктивности и строго симетрично разположение (вижте също параграф 3.7.1).
За да се получат оптимални условия за статична симетрия, е необходимо да се намали влиянието на различните токове на изключване, като се използват паралелни резистори.
Следвайки инструкциите в параграф 1.3.5.1, токът, преминаващ през паралелния резистор, може да бъде избран да бъде приблизително 3-5 пъти по-голям от тока на изключване на транзистора.
Два IGBT модула SKM400GA173D свързани последователно
В устройство със захранващо напрежение 2400 V:
RP = 75,125 kΩ PRp = 19,11 W
Оптималните условия за динамична симетрия винаги се основават на малки отклонения във времето за преминаване на сигнала в драйвера.
Пасивни демпферни вериги
RC или RCD вериги могат да поддържат динамична симетрия много ефективно (вижте Фигура 3.73). Тези вериги намаляват и след това балансират скоростта dv/dt при превключване (чрез компенсиране на нелинейността на капацитета на прехода). Въпреки това, изискването за повечето пасивни захранващи компоненти е висока надеждност с RC или RCD вериги, които трябва да издържат на високо напрежение. Демпферните вериги са отговорни за преобразуването на значителна част от загубите. Друг недостатък е, че количествената ефективност зависи от действителната работна точка на веригата. Обратно, не е необходима допълнителна верига за управление и е достатъчен стандартен драйвер.
Пасивните схеми заедно с технологиите за активно балансиране могат да се използват и с по-лоши параметри, което беше направено в [45], [236]. Тук RC вериги с R = 3,3 ома и C = 15 nF при напрежение 2,4 kV се използват за последователно свързване на четири 1200 V / 600 A IGBT превключвателя.
Активни методи за балансиране
Корекция на времето за превключване
Фигура 3.74 показва един от възможните начини за динамично балансиране на напрежението в съответствие с принципа на коригиране на времето за превключване поради забавяне. Този метод не изисква никакви допълнителни захранващи компоненти. И в IGBT/MOSFET няма големи загуби. От друга страна, този метод налага строги изисквания към драйвера и схемата за управление.
Принципът на управление dv/dt е, че това е референтна стойност за скоростта dv/dt на единични модули при превключване, в сравнение с действителната стойност на драйвера; разликата между тези стойности се предава на изходния етап на драйвера. Следователно, точността и способността за реконструиране на връзката или обратната връзка на действителния dv/dt може да бъде проблематична.
Ако номиналното dv/dt е по-малко от "истинското" dv/dt с твърдо превключване, ще има допълнителни загуби в силовите транзистори. Следователно дизайнът на драйвера трябва да е по-сложен, стандартните драйвери може да не са подходящи.
По-лесно е да се получи di/dt управление с индуктивна обратна връзка по скорост di/dt IGBT/MOSFET [9], [16].
Активно ограничение на напрежението / активно блокиране [37], [161], [236], [261]
Процес на активен лимитхарактеризиращ се с контрол на напрежението колектор-емитер или дрейн-източник и обратна връзка към гейта чрез Zener елемент (вижте параграф 3.6.3.2, фиг. 3.76).
Ако транзисторът достигне максималното си напрежение, напрежението на затвора се увеличава, така че работната точка се измества към активната страна на изходната характеристика в съответствие с текущия поток през колектора / дренажа. Допълнителните загуби в транзистора при активен клипс са относително малки. Активното изрязване не засяга симетрията на превключващите ръбове.
Този метод работи без забавяне във времето, границата на напрежението не зависи от работната точка на инвертора. Също така има предимството, че всеки стандартен драйвер може да бъде оборудван със затягащо устройство и ще бъде осигурено ограничаване на напрежението за изключване на непаралелни диоди и т.н.
Защитата е гарантирана дори при прекъсване на захранването на водача.
Концепция главен-подчинен (главен-подчинен) [110]
Модификация на добре познатия принцип master-slave, който се произвежда с помощта на тиристорна технология, също е приложим за динамично балансиране на напрежението (фиг. 3.77).
Само долният превключвател (главният) е снабден с пълна управляваща верига със спомагателно захранване и потенциално отделен импулсен контролен вход. Това е основното предимство на принципа. Веригата на драйвера на горния ключ (подчинен) се състои само от изходния етап. Разделянето между главния и подчинения се извършва с диод с високо обратно напрежение. Подчиненият ще се включи веднага щом потенциалът на неговия емитер падне до ниво, при което разделящият диод може да се включи, т.е. с малка разлика във времето. Подчиненото устройство ще се изключи веднага щом отделящият диод се затвори. По принцип няколко подчинени устройства могат да бъдат каскадно свързани.
Въпреки че подобна концепция може да подобри много добре небалансирането, небалансирането ще бъде силно ограничено. Поради това се препоръчва комбиниране на главно/подчинено и активно ограничение. Недостатъкът на лошото балансиране при включване може да бъде пренебрегнат в ZVS устройствата [110].
При последователно свързване на IGBT или MOSFET модули е необходимо допълнително да се включат високоомни паралелни резистори за статично балансиране, да се предвидят пасивни и/или активни методи за динамично балансиране.
Освен активното изрязване, представените опции ще защитят само транзистора, така че ще са необходими допълнителни пасивни RC вериги за защита на свободните диоди.
Комбинация от активни клипсиращи и RC клипсиращи вериги за балансиране на превключващите ръбове по отношение на изискванията за верига, надеждност и функционалност [236].