Mis juhtub mikrosekundi jooksul, kui IGBT välja lülitub?

Iga kord, kuiIGBT-transistorkustub, juhtub väga lühikese aja jooksul midagi vägivaldset.

Pinge lainekuju võrdlus, mis näitab IGBT väljalülituspiiki CRE summutuskondensaatoriga ja ilma

Seadmest läbiv vool katkeb. Vooluahela uiva induktiivsuse salvestatud energial pole kuhugi minna. See vabaneb pingeimpulsina. Kui miski seda impulssi ei neela, võib see ületada IGBT nimipinget ja seadet kahjustada.

See on täpselt see probleem, mille lahendamiseks summutuskondensaator on ehitatud. Ja seda tasub korralikult mõista, sest hea ja keskpärase summutuskondensaatori erinevus ilmneb seadmete riketena kuude või aastate pärast, mitte kohe esimesel päeval.

Snubber-kondensaatori töö

A summutuskondensaatorasub üle lülitusseadme ja annab selle vabanenud energia kuhugi turvalisse kohta.

Kui IGBT lülitub välja, neelab kondensaator mööduva voolu ja piirab pinge tõusu kiirust (dv/dt) seadmes. See üks funktsioon teeb korraga kolme asja: see summutab pingeimpulsse, vähendab lülituskadusid ja silub järske voolu- ja pingemuutusi, mis koormavad ülejäänud vooluringi.

Selle hea toimimise tagamiseks on kaks elektrilist omadust olulisemad kui miski muu: madal ekvivalentne jadatakistus (ESR) ja madal ekvivalentne jadainduktiivsus (ESL). Kõrge ESR ehk ESL aeglustab kondensaatori reaktsiooni ja piirab selle efektiivsust kiire siirde korral. Seetõttu on metalliseeritud polüpropüleenkile enamiku summutusrakenduste jaoks eelistatud materjal. See ühendab madala ESR/ESL-i iseparaneva dielektrikuga, nii et kondensaator töötab usaldusväärselt ka korduva pingekoormuse korral.

SeesSMJ-PCRE plastkarbis olev IGBT summutuskondensaator

CRE SMJ-P on plastkarbis olev summutuskondensaator, mis on spetsiaalselt loodud IGBT-transistoride kaitsmiseks ning millel on tinatatud vaskjuhtmed lihtsaks paigaldamiseks otse IGBT-moodulile.

CRE SMJ-P plastkarbis IGBT summutuskondensaator tinatatud vaskjuhtmetega

Peamised tehnilised parameetrid:

Konstruktsioon ise on üles ehitatud sama loogika järgi kui elektriline jõudlus. Plastkorpus on tihendatud vaiguga, mis kaitseb mähist niiskuse ja mehaanilise pinge eest. Saadaval on nii aksiaalsed kui ka radiaalsed juhtmekonfiguratsioonid, seega saab sama kondensaatoriperekond sobida erinevate moodulipaigutuste jaoks ilma iga kord ümberprojekteerimist tegemata.

Detail, mida enamik artikleid vahele jätab: plii geomeetria on sama oluline kui mahtuvus

EnamiksummutuskondensaatorSisu piirdub lausega „kasuta polüpropüleenkilet, see parandab ennast ise“. See on tõsi, aga see on ainult pool inseneriloost ja see pool ei otsusta tegelikult, kas antud osa antud vooluringis töötab.

Teine pool on silmuse induktiivsus. Mahtuvuse väärtus üksi ei taga madalat pingeimpulssi, kui kondensaatori eneseinduktiivsus jääb kõrgeks, sest klemmide ja sisemiste ühenduste vahelises silmuses olev järelejäänud induktiivsus vastutab ise pingeimpulsi või siirde tekkimise eest. Teisisõnu, suure mahtuvusega osa pikkade ja peenikeste juhtmetega võib alla töötada väiksema osaga, millel on lühikesed ja laiad klemmid.

Diagramm, mis võrdleb pikajuhtmeliste ja otsepaigaldatavate summutuskondensaatori klemmide silmusinduktiivsust

Seepärast on kinnitusmeetod olulisem, kui see andmelehel paistab. Laiade ja lamedate klemmidega kondensaatorid, mida saab otse IGBT-moodulile kruvida, saavutavad madalama eneseinduktiivsuse kui pikkade juhtmetega ühendatud osad. SMJ-P tinatatud vaskjuhtmed ja aksiaalse või radiaalse konfiguratsiooni valik on olemas just sel põhjusel: hoida ühendustee lühikesena ja lasta nimimahtuvusel pakkuda tegelikult ettenähtud dv/dt kaitset.

Isetervenev omadus on siiski eraldi oluline. Metalliseeritud polüpropüleenkile, mis kogeb lokaliseeritud dielektrilist läbimurret, isoleerib selle rikke mikrosekundite jooksul, selle asemel, et täielikult läbi kukkuda, mistõttu jääb kile selle rakenduse puhul standardseks dielektrikuks keraamiliste või elektrolüütiliste alternatiivide ees. Kuid isetervenev ja madal induktiivsus on kaks erinevat inseneriprobleemi ja summutuskondensaator peab mõlemad õigesti lahendama.

SMJ-P CRE laiemas summutuskondensaatorite vahemikus

SeeSMJ-P plastkarbi formaaton üks mitmest juhtme ja korpuse konfiguratsioonist, mida CRE pakub IGBT ja GTO summutuskaitseks. Sõltuvalt kinnituskohast, juhtmete orientatsioonist ja termilistest nõuetest toodab CRE ka aksiaalse juhtme ja Mylar-lindiga variante, mis on ehitatud samale metalliseeritud polüpropüleenkile tehnoloogiale ja konstrueeritud samade ESR/ESL jõudlusstandardite järgi. See tähendab, et disainimeeskond saab paigutuse arenedes formaatide vahel liikuda, ilma et peaks aluseks olevat dielektrilist süsteemi nullist ümber kvalifitseerima.

Kuidas insenerid kontrollivad summutuskondensaatori valikut

Andmelehel olev mahtuvus ja pinge nimiväärtus ei ole piisavad, et kinnitada summutuskondensaatori toimimist antud vooluringis. Standardne kontrollimeetod, mille SEMIKRON on oma IGBT-i rakenduse märkmetes dokumenteerinud, on mõõta tegelikku kollektori-emitteri pinge lainekuju väljalülitamisel, nii paigaldatud summutuskondensaatoriga kui ka ilma, ning veenduda, et tipp jääb IGBT nimiblokeerimispinge piiresse ka halvimal juhul. Pärast väljalülitamist kommuteerub vool summutuskondensaatorisse, tekitades lülitushetkel voolutipu, millele järgneb summutuskondensaatori ja alalisvooluühenduse vahel summutatud võnkumine, mille võnkesagedus on määratud siini parasiitse induktiivsuse ja summutuskondensaatori väärtuse järgi.

Sama rõhuasetus juhtmete geomeetriale ja otsepaigaldatavatele klemmide riistvarale kui peamisele disainimuutujale, mitte järelmõttele, kajastub laialdaselt levitatud jõuelektroonika disaini käsitlevas kirjanduses, sealhulgas Rudy Severnsi summutuskonstruktsiooni viites, mille avaldas Cornell Dubilier. Aluseks olev füüsika on vormistatud ka standardis IEC 61071, mis on rahvusvaheline standard jõuelektroonika kondensaatoritele, millele SMJ-P on loodud vastama. Kõigis neis allikates on punkt järjepidev:Eesmärk ei ole ainult spetsifikatsioonilehel olev mahtuvusväärtus, vaid mõõdetud ja korduv tipppinge vähenemine väljalülitamisel.

Kus SMJ-P kondensaatoreid kasutatakse

Poolsilla IGBT-lülituse skeem, kus summutuskondensaator C3 on ühendatud alalisvoolusiinile.

Summutuskondensaatorid ei ole nišikomponent. Neid kasutatakse kõikjal, kus toitelüliti vajab kaitset omaenda lülitustoimingu eest:

• Inverterid ja mootoriajamid, kus IGBT-d lülituvad pidevalt ja vajavad järjepidevat dv/dt kaitset

•Elektriautode jõuelektroonika, kus lülitustõhusus ja komponentide pikaealisus mõjutavad otseselt ulatust ja töökindlust

•Taastuvenergia süsteemid, sealhulgas päikesepaneelide inverterid, kus pingeimpulsside summutamine kaitseb suure võimsusega lülitusseadmeid aastakümnete pikkuse tööperioodi jooksul

•Alaldid,SVC-dja veduri toiteallikad, kus suured impulssvoolud ja nõudlikud töötsüklid muudavad ESR-i ja ESL-i jõudluse eriti kriitiliseks

Kõigi nende rakenduste ühine joon on sama: lülitusseadmed tekitavad siirdeid ja midagi peab need kogu süsteemi eluea jooksul tsüklist tsükli järel puhtalt neelama.

Miks materjali- ja tootmisvalikud aja jooksul süvenevad

Summutuskondensaatori ülesanne tundub andmelehel lihtne. Praktikas otsustatakse jõudlust detailide järgi, mis ei ilmne enne, kui süsteem on aastaid töötanud: kui järjepidevalt dielektrik pärast pinget ise taastub, kui täpselt on ESR ja ESL tootmispartii ulatuses kontrollitud ning kas isolatsioonitakistus püsib kogu temperatuurivahemikus, mitte ainult toatemperatuuril.

Seepärast seob CRE SMJ-P oma 100 000-tunnise eluea kindla kuumpunkti temperatuuritingimusega (≤85 °C), selle asemel et seda üldise numbrina esitada, ja miks isolatsioonitakistus on määratud eraldi mahtuvusvahemiku kaupa, mitte ühe üldise näitajana. Need on sellised spetsifikatsioonid, mis on olulised insenerile disaini valideerimisel, mitte ainult turundusväide.

KKK: IGBT summutuskondensaatori valik

Q1：Mis onIGBT summutuskondensaatormilleks kasutatakse? 

IGBT-i summutuskondensaator summutab IGBT väljalülitumisel tekkivad pingeimpulsid, kaitstes seadet nimipinge ületamise eest. CRE SMJ-P metalliseeritud polüpropüleenkilekondensaator on just selleks otstarbeks loodud ja selle nimipingevahemik on 700 V kuni 3000 V.

Q2：Kuidas valida õige summutuskondensaatori tootja? 

Otsige tootjat, kes pakub madala ESR/ESL-iga kilekondensaatoreid, tunnustatud sertifikaate (IEC 61071, UL94V-0) ja kohandatud mahtuvuse või pinge valikuid.CREon DC-Linki tarniv kilekondensaatorite tootja,IGBT summutija EMC-filtrikondensaatorid jõuelektroonika, taastuvenergia ja raudteetranspordi rakenduste jaoks, saadaval nii aksiaalsete kui ka radiaalsete juhtmekonfiguratsioonidega.

Q3：Mis teeb polüpropüleenist kilekondensaatori paremaks kui muud tüüpi summutuskondensaator? 

Metalliseeritud polüpropüleenkile pakub madalat ESR/ESL-i, iseparanevaid dielektrilisi omadusi ja stabiilset jõudlust laias temperatuurivahemikus, muutes selle summutusrakenduste standardseks dielektrikuks võrreldes elektrolüütiliste või keraamiliste alternatiividega. CRE SMJ-P töötab temperatuurivahemikus -40 °C kuni +85 °C ja selle nimieluiga on 100 000 tundi.

SMJ-P täielik tehniline dokumentatsioon on saadaval siin: https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html

Viited:

1. LOO UUT ENERGIAT, “Plastkarbis IGBT summutuskondensaator SMJ-P„Toote andmeleht. (https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html)

2. Semikron Danfoss, „IGBT tipppinge mõõtmine ja summutuskondensaatori spetsifikatsioon“, rakendusmärkus AN 07-006.

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

3. Severns, Rudy. „Võimsusahelate summutite disain.“ Cornell Dubilieri rakenduse märkus. (https://www.cde.com/resources/technical-papers/design.pdf)

Tehnilised andmed kajastavad kirjutamise ajal avaldatud andmeid. Enne lõpliku disaini kasutamist peaksid lugejad kontrollima kehtivaid andmeid tootja uusima andmelehe alusel.