что такое сквозной ток

сквозной ток

Смотреть что такое «сквозной ток» в других словарях:

сквозной ток — [Интент] Тематики электротехника, основные понятия EN through currentthrough current … Справочник технического переводчика

сквозной ток короткого замыкания — … Справочник технического переводчика

сквозной ток диэлектрика — сквозной ток Постоянная составляющая тока утечки диэлектрика. [ГОСТ 21515 76] Тематики материалы диэлектрические Синонимы сквозной ток … Справочник технического переводчика

сквозной ток утечки — сквозной ток утечки; сквозной ток Ток утечки, обусловленный нейтрализацией электрических зарядов на электродах и равный величине, к которой стремится объемный ток при неограниченном увеличении времени приложения к изоляции не изменяющегося во… … Политехнический терминологический толковый словарь

Сквозной ток диэлектрика — 48. Сквозной ток диэлектрика Сквозной ток Постоянная составляющая тока утечки диэлектрика Источник: ГОСТ 21515 76: Материалы диэлектрические. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ток отсечки; сквозной ток короткого замыкания — 2.10.3. ток отсечки; сквозной ток короткого замыкания : Максимальное мгновенное значение тока в момент отключения коммутационного аппарата или плавкого предохранителя. Примечание Это понятие имеет особое значение в тех случаях, когда… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

объемный сквозной ток диэлектрика — объемный ток Сквозной ток через объем диэлектрика. [ГОСТ 21515 76] Тематики материалы диэлектрические Синонимы объемный ток … Справочник технического переводчика

поверхностный сквозной ток диэлектрика — поверхностный ток Сквозной ток по поверхности твердого диэлектрика, соприкасающейся с газообразным или жидким диэлектриком. [ГОСТ 21515 76] Тематики материалы диэлектрические Синонимы поверхностный ток … Справочник технического переводчика

Объемный сквозной ток диэлектрика — 49. Объемный сквозной ток диэлектрика Объемный ток Сквозной ток через объем диэлектрика Источник: ГОСТ 21515 76: Материалы диэлектрические. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

сквозной ток утечки

Смотреть что такое «сквозной ток утечки» в других словарях:

сквозной ток — утечки; сквозной ток Ток утечки, обусловленный нейтрализацией электрических зарядов на электродах и равный величине, к которой стремится объемный ток при неограниченном увеличении времени приложения к изоляции не изменяющегося во времени… … Политехнический терминологический толковый словарь

ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 21515-76: Материалы диэлектрические. Термины и определения — Терминология ГОСТ 21515 76: Материалы диэлектрические. Термины и определения оригинал документа: 32. Абсолютная диэлектрическая проницаемость По ГОСТ 19880 74 Определения термина из разных документов: Абсолютная диэлектрическая проницаемость … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 50030.1-2007: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 50030.1 2007: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 2.2.11 автоматический выключатель: Контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 51321.1-2007: Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Устройства, испытанные полностью или частично. Общие технические требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р 51321.1 2007: Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Устройства, испытанные полностью или частично. Общие технические требования и методы испытаний оригинал документа: 2.6.5. PEN проводник :… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 52565-2006: Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия — Терминология ГОСТ Р 52565 2006: Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия оригинал документа: А.2 Выключатели, их составные части А.2.1 выключатель: Контактный коммутационный аппарат, способный включать … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Троллейбус — Троллейбус … Википедия

1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

сквозной ток короткого замыкания

сквозной ток короткого замыкания
Ток короткого замыкания, проходящий через выключатель и не отключаемый выключателем.
[ГОСТ Р 52565-2006]

сквозной ток короткого замыкания
Ток, проходящий через включенный коммутационный электрический аппарат при внешнем коротком замыкании.
[РД 153-34.0-20.527-98]

сквозной ток короткого замыкания коммутационного электрического аппарата
сквозной ток короткого замыкания
Ток, проходящий через включенный коммутационный электрический аппарат при внешнем коротком замыкании
[ГОСТ 26522-85]

сквозной ток КЗ
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

Синонимы

Полезное

Смотреть что такое «сквозной ток короткого замыкания» в других словарях:

Технические — 19. Технические указания по технологии производства строительных и монтажных работ при электрификации железных дорог (устройства электроснабжения). М.: Оргтрансстрой, 1966. Источник: ВСН 13 77: Инструкция по монтажу контактных сетей промышленного … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

технические характеристики — 3.48 технические характеристики: Ряд номинальных параметров и условий эксплуатации. Источник: ГОСТ Р МЭК 60079 0 2011: Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Технические характеристики (параметры) выключателей — А.4 Технические характеристики (параметры) выключателей А.4.1 номинальное значение параметра (номинальный параметр): По ГОСТ 18311. А.4.2 номинальное напряжение выключателя Uном: Междуполюсное напряжение (действующее значение), равное… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Электропривод с ШИМ – способ улучшения динамики контура тока

Динамика контура тока очень важна для точности и устойчивости работы электропривода. В свою очередь она определяется точностью и динамикой измерения токов, которое, как правило, осуществляется в условиях интенсивных помех. Подавление помех с помощью фильтров нижних частот приводит к существенному запаздыванию обратной связи контура, что делает его «вялым» и нединамичным. Ну а на базе такого контура можно построить лишь некачественный и неточный электропривод.

Данная статья посвящена исследованию алгоритмических способов фильтрации, позволяющих исключить помехи и точно, практически без запаздывания, измерить ток в фазах двигателя. Исследование проводилось с помощью моделирования процессов в среде SimInTech.

При дальнейшем рассмотрении будем считать, что система управления преобразователем реализуется на цифровом контроллере, цикл управляющей программы которого равен периоду ШИМ.

В преобразователях небольшой мощности общая точка управляющего контроллера часто соединяется с минусовым полюсом звена постоянного тока. Это позволяет измерять токи при помощи шунтов.

Ниже на Рис.1 приведена структура инвертора, в которой полумосты подключаются к минусовой шине через измерительные шунты.

Рис.1

При ШИМ-управлении через эти шунты текут прерывистые токи. Если ток имеет активный характер, он протекает через транзистор, а если реактивный, то через обратный диод. Если измерять напряжения на этих шунтах во время открытого состояния соответствующих нижних ключей, то они будут пропорциональны токам соответствующих фаз.

Сигналы с шунтов, отмасштабировав и профильтровав, можно подать на входы АЦП контроллера. Следует заметить, что исключительно важным является правильный выбор момента аналогово-цифрового преобразования.

Для минимизации запаздывания реакции в контуре тока логично осуществить преобразование непосредственно перед началом очередного цикла расчёта. Кроме того, правильно выбрав момент преобразования, можно существенно снизить уровень помех в каналах измерения тока.

Основные помехи в этих каналах формируются при переключении ключей инвертора. Во время защитной паузы закрыты оба транзистора полумоста и ток обмотки (если он не нулевой) имеет реактивный характер, то есть протекает через обратный диод. Пусть, например, это диод верхнего плеча. При отпирании транзистора нижнего плеча диод запирается не сразу. Время запирания диода определяется его параметром, называемым временем обратного восстановления. У высокочастотных диодов это время мало, но короткий сквозной ток полумоста, возникающий при отпирании оппозитного транзистора, как правило, достигает значительной величины и вызывает высокочастотные колебательные процессы в цепях инвертора. В вышеприведенной схеме этот высокочастотный процесс происходит непосредственно в токоизмеряющем шунте и может сильно искажать измерения. Кроме того, индуктивные помехи наводятся на цепи измерения тока и в моменты коммутации полумостов соседних фаз.

Для того, чтобы эти помехи минимизировать, надо обеспечить несовпадение процесса аналогово-цифрового преобразования сигнала, поступающего с датчика, с моментами переключения ключей инвертора.

Это можно обеспечить, если сделать амплитуду опорного треугольника ШИМ несколько больше максимального значения модулируемого сигнала. В этом случае в районе вершины треугольника всегда будет существовать некоторая временная область, в которой переключений ключей гарантированно не будет. Там как раз и можно осуществить преобразование аналога в цифру.

Для исследования вышеописанного предположения в SimInTech была создана модель трёхфазного ШИМ-инвертора с измерителями токов. В сигналы тока модели были искусственно введены индуктивные и кондуктивные помехи. Пакет модели приведен на Рис.2.

Рис. 2.

На Рис. 3. Приведены графики сигналов модели в масштабе, удобном для восприятия.

Рис. 3.

Область, свободная от коммутаций, в районе вершины опорного треугольника будет минимальна при максимальной амплитуде модулируемого сигнала. Во избежание потери амплитуды напряжения желательно делать эту минимальную длительность покороче. Но всё же она должна быть достаточно длинной для того, чтобы успокоились переходные процессы предшествующей коммутации инвертора и до следующей коммутации осуществились бы преобразования тока во всех каналах преобразования.

За счёт существования бескоммутационной паузы в районе вершины опорного треугольника ШИМ описываемый алгоритм несколько снижает напряжение, прикладываемое к двигателю, и соответственно приводит к недоиспользованию двигателя по мощности.

Для того, чтобы сохранить и мощность двигателя, и помехозащищенность аналого-цифрового преобразования, можно применить описанный ниже метод.

Он основан на том, что основные помехи на токовый датчик фазы возникают именно при коммутации ключей данной фазы.

Как уже говорилось, минимальная бескоммутационная пауза соответствует максимальному модулируемому напряжению.

В соответствии с симметрией трёхфазной системы ток (напряжение) в фазе двигателя всегда равен сумме токов (напряжений) в двух других фазах с противоположным знаком.

Следовательно, обеспечить точность преобразования можно, исключив из процесса фазу с максимальной величиной модулируемого напряжения, а ток в этой фазе получать суммированием (с противоположным знаком) преобразованных значений тока из двух других, не подверженных помехам фаз.

Если на базе инвертора строится электропривод с коммутацией по датчику положения ротора (БДПТ), то токовый шунт, как правило, используется один и устанавливается так, как показано на Рис.4.

Рис. 4

Канал ШИМ-а в БДПТ один, и для исключения помех остаётся смириться с некоторым увеличением амплитуды треугольника для создания бескоммутационной паузы.

Рис. 5

Сквозные токи полумостов через эти датчики непосредственно не текут, но обеспечение защиты от коммутационных помех в мощных преобразователях также актуально. Помехи на измерительные цепи наводятся как по воздуху (индуктивные), так и через паразитные ёмкости цепей и элементов (кондуктивные).

В этих преобразователях применимы оба подхода, уже описанные для трёх измерительных шунтов в полумостах. Отличие заключается лишь в том, что токи через датчики протекают всегда и не связаны с отпиранием или запиранием ключей фаз.

На Рис.6 показан смоделированный процесс исключения помех при измерении тока в векторно-управляемом СДПМ.

Рис. 6

Следует заметить, однако, что при высоком уровне индуктивных помех метод с исключением из преобразования тока фазы с наибольшим напряжением может оказаться неэффективным.

Дополнительный бонус

Способ измерения тока в районе вершины треугольника имеет ещё и дополнительный бонус – он позволяет осуществлять качественную фильтрацию ШИМ-пульсации токов с точным выделением среднего значения.

При ШИМ-управлении в токах фазах двигателя имеется пульсация, связанная с импульсностью управления.

Если амплитуда опорного треугольника больше амплитуды задающего сигнала, то в районах вершин треугольника все фазы трёхфазного двигателя подключаются к одному из полюсов звена постоянного тока:

в районе минимума треугольника – к положительному полюсу

в районе максимума треугольника – к отрицательному полюсу.

В эти моменты к обмотке приложено нулевое напряжение.

Рис. 7.

Заметим, что середины участков с нулевым напряжением немного сдвинуты относительно вершин треугольника вследствие наличия защитных пауз и задержек сигнала в драйверах и ключах.

Таким образом, измерение токов надо проводить один раз за период ШИМ в строго определённый момент в районе вершины опорного треугольника непосредственно перед началом следующего цикла вычислений.

Если позволяет быстродействие АЦП, то можно попробовать провести несколько измерений одно за другим, с последующим усреднением полученных значений.

При применении вышеописанного метода программные фильтры тока в системе управления можно и нужно исключать, так как их постоянная времени слишком велика. Однако маленький аппаратный фильтр, установленный до АЦП, лишним не будет.

Бытующее мнение о том, что ток надо измерять два раза за период ШИМ в районе вершин с последующим усреднением, по мнению автора, неверно. Такой способ измерения применим, только если изменением тока за период ШИМ можно пренебречь. В противном случае это приведет лишь к запаздыванию в обратной связи контура тока и ухудшению его динамики.

Другие публикации Юрия Николаевича Калачева:

Источник

Определение длительности мертвого времени для инверторов на основе IGBT

Инверторы на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) все чаще используются в современной технике. Одной из проблем, возникающей при их проектировании, является возможность возникновения сквозных токов, что приводит к увеличению мощности потерь, перегреву и даже выходу системы из строя. Исключить это можно, уделив особое внимание расчету задержки сигнала управления транзисторами – «мертвого времени». Методику расчета предлагают инженеры компании Infineon.

Причины возникновения сквозных токов

Типовая схема силовой части инвертора на основе IGBT показана на рисунке 1. В нормальном режиме работы транзисторы верхнего и нижнего плеча должны включаться по очереди. Одновременное нахождение двух транзисторов в проводящем состоянии приведет к короткому замыканию источника питания и появлению сверхтоков, величина которых ограничивается лишь малым активным сопротивлением в силовой цепи.

Рис. 1. Типовая схема силовой части инвертора

Конечно, никто не проектирует инвертор так, чтобы транзисторы верхнего и нижнего плеча одновременно находились в открытом состоянии. Однако IGBT не являются идеальными ключами и имеют конечную длительность времен включения и выключения, которые не только не равны друг другу, но еще и зависят от множества факторов, в числе которых температура кристалла и величина коммутируемого тока. Поэтому на практике в сигналы управления транзисторами рекомендуется вводить небольшую задержку, известную как «мертвое время» (Dead Time), гарантирующую, что транзистор одного плеча будет открыт только после того, как транзистор другого плеча будет полностью закрыт.

Влияние мертвого времени на работу инвертора

Различают две длительности мертвого времени – расчетную и фактическую. Расчетная длительность мертвого времени (Control Dead Time) – это длительность задержки между сигналами открытия транзисторов, формируемая схемой управления на основе специализированных алгоритмов. Фактическая длительность мертвого времени (Effective Dead Time) – это длительность интервала времени, на протяжении которого оба транзистора находятся в закрытом состоянии. В идеальном случае фактическая длительность мертвого времени должна быть равна нулю, и транзистор одного плеча инвертора должен открываться сразу после закрытия транзистора другого плеча. Однако из-за сложности контроля параметров, влияющих на длительность переключений транзисторов, расчетная длительность мертвого времени закладывается в алгоритм работы схемы управления для наихудшего случая, поэтому на практике фактическая длительность мертвого времени обычно всегда больше нуля.

Введение задержки в сигналы управления транзисторами предотвращает появление сквозных токов, однако из-за негативного влияния на форму выходного напряжения инвертора увеличивать ее длительность до бесконечности нельзя. Рассмотрим это на примере работы одного из плеч инвертора (рисунок 2). Пусть в исходном состоянии транзистор верхнего плеча T₁ был открыт, а ток нагрузки протекал в направлении, указанном стрелкой. После закрытия T₁ и до открытия транзистора нижнего плеча T₂ ток нагрузки замыкается через диод D₂, что в данном случае соответствует логике работы инвертора, ведь после закрытия верхнего плеча ток нагрузки должен протекать через нижнее плечо. Однако после закрытия транзистора T₂ и до открытия T₁ ток нагрузки снова будет протекать через диод D₂, а это уже противоречит алгоритму формирования выходного напряжения. При изменении направления тока нагрузки ситуация будет аналогична, только ток будет замыкаться через диод верхнего плеча D₁, что при выключении транзистора T₁ также будет нарушать порядок формирования выходного напряжения.

Рис. 2. Схема одного плеча инвертора

Таким образом, когда оба транзистора закрыты, выходное напряжение инвертора становится неуправляемым и определяется направлением тока нагрузки. Чем больше фактическая длительность мертвого времени, тем более неконтролируемым становится выходное напряжение. На практике, например, при подключении к выходу инвертора асинхронного двигателя, это может привести к нестабильной работе всей системы вплоть до выхода из строя ее компонентов, поэтому к определению необходимой длительности мертвого времени следует подходить очень осторожно и с четким пониманием всех процессов, происходящих при переключении транзисторов силовой части инвертора.

Расчет длительности мертвого времени

Длительность мертвого времени должна одновременно отвечать двум взаимоисключающим требованиям:

Очевидно, что на практике приходится искать компромиссный вариант с учетом всех особенностей выбранных транзисторов и их драйверов затворов.

Формула для расчета длительности мертвого времени

Расчетная длительность мертвого времени t_dead определяется по формуле 1:

Первая скобка формулы 1 определяет разницу между длительностями задержек включения и выключения транзисторов с учетом напряжения питания драйвера и сопротивлений резисторов в цепях затворов. В общем случае, в формуле 1 следовало бы учесть и длительности нарастания и спада коллекторного тока, однако, поскольку они намного меньше значений t_{d_off_max} и t_{d_on_min}, это приведет лишь к усложнению расчета и мало повлияет на конечный результат.

Вторая скобка формулы 1 учитывает разброс длительности прохождения сигналов через драйверы транзисторов разных плеч инвертора, который, особенно при использовании оптических изоляторов, может быть достаточно большим.

Результирующая длительность мертвого времени берется на 20% больше минимально необходимого, что в формуле 1 учитывается с помощью коэффициента 1,2.

Длительность мертвого времени можно рассчитать, подставив в формулу 1 соответствующие значения из технической документации на драйверы и IGBT. Однако, как показывает практика, в большинстве случаев этот способ имеет достаточно большую погрешность, связанную с тем, что в документации на IGBT приводятся типовые значения для стандартных условий, которые в большинстве случаев будут существенно отличаться от реальных режимов работы в конкретном приложении. Таким образом, для определения значений t_d_{_}_off_{_}_max и t_d_{_}_on_{_}_min все-таки лучше провести ряд экспериментов, которые позволят существенно повысить точность определения длительности мертвого времени и исключить появление сквозных токов.

Что такое «длительность задержки включения/выключения транзистора»

Для исключения возможных неоднозначностей определимся с терминологией. Компания Infineon Technologies определяет длительности включения и выключения IGBT следующим образом (рисунок 3):

Рис. 3. Определение параметров переключения IGBT

Влияние сопротивлений в цепи затвора

Сопротивление в цепи затвора в первую очередь оказывает влияние на длительность задержек при включении/выключении. Как правило, из-за емкостного характера нагрузки драйвера при увеличении сопротивления в цепи затвора длительности задержек увеличиваются (рисунок 4), поэтому рекомендуется измерить реальные характеристики переключения для конкретных транзисторов, драйверов и затворных резисторов.

Рис. 4. Влияние сопротивления затворных резисторов Rg на параметры переключения IGBT для сборки FP40R12KT3 ( Iкомм.= 40 А, Uпит. драйв. ±15 В, Uсил. инв. – 600 В)

Влияние других факторов на характеристики переключения IGBT

Помимо величин сопротивлений в цепях затворов, на параметры переключения IGBT влияет множество других факторов, основными из которых являются величина коммутируемого тока и напряжения питания драйверов.

Длительность задержки включения

Согласно проведенным исследованиям (рисунок 5), величина коммутируемого тока не оказывает существенного влияния на длительность задержки включения IGBT, поэтому в дальнейших расчетах значение t_d_{_}_on при выбранных напряжении питания драйвера и сопротивлениях затворных резисторов можно считать постоянным для любого тока нагрузки. Большее влияние на этот параметр оказывает напряжение питания драйвера затвора. Так, например, при двуполярном питании длительность задержки включения будет приблизительно в 1,5 раза больше, чем при однополярном.

Рис. 5. Влияние величины коммутируемого тока на длительность задержки при включении td_on для IGBT-сборки FP40R12KT3 (Uпит. сил. инв. 600 В)

Длительность задержки выключения

Из-за специфики IGBT длительность задержки выключения t_d_{_}_off намного больше всех остальных процессов, происходящих при включении или выключении транзисторов. Именно этот параметр фактически определяет длительность мертвого времени, поэтому его измерению следует уделить особое внимание. Для определения факторов, влияющих на величину t_d_{_}_off, был осуществлен поиск ответов на ряд ключевых вопросов.

Какое влияние на длительность задержки выключения оказывает сам IGBT?
Для ответа на этот вопрос следовало исключить влияние цепей драйверов затворов, поэтому для тестирования была использована специализированная лабораторная плата с оптимальными для данных IGBT-драйверами, вносящими пренебрежимо малые задержки в процесс переключения транзисторов (рисунок 6). Результаты измерений длительности задержки выключения, выполненные с помощью этой платы, фактически определяются только особенностями конкретного IGBT и являются опорными для последующих испытаний.

Рис. 6. Базовая схема измерения с использованием оптимального драйвера

Чему будет равна длительность задержки выключения при минимальном пороговом напряжении IGBT?
Величина порогового напряжения V_th (Threshold Voltage – напряжение «затвор-эмиттер», при котором ток коллектора отличен от нуля) реальных IGBT имеет некоторый разброс. При минимальном пороговом напряжении транзистор начинает открываться раньше (при меньшем напряжении между затвором и эмиттером), однако и закроется он также позже. Для моделирования этой ситуации последовательно с затвором были включены дополнительные диоды (рисунок 7), падение напряжения на которых (0,7…0,8 В) позволило за счет уменьшения выходного напряжения драйвера сымитировать уменьшение порогового напряжения V_th тестируемой сборки FP40R12KT3.

Рис. 7. Схема измерения с имитацией пониженного напряжения Vth

Какое влияние оказывает тип выходного каскада драйвера?
Существует два основных типа драйверов: с выходным каскадом на основе биполярных и полевых транзисторов. Для моделирования выходного каскада на полевых транзисторах в цепь драйвера был включен дополнительный резистор, имитирующий наличие сопротивления открытого канала MOSFET (рисунок 8), а для моделирования выходного каскада на биполярных транзисторах были включены еще и дополнительные диоды, имитирующие наличие падения напряжения между коллектором и эмиттером выходных транзисторов драйвера (рисунок 9).

Рис. 8. Схема измерения с имитацией драйвера с выходным каскадом на основе полевых транзисторов

Рис. 9. Схема измерения с имитацией драйвера с выходным каскадом на основе биполярных транзисторов

Результаты измерений длительности задержки выключения IGBT-сборки FP40R12KT3 при напряжении питания силовой части инвертора 600 В и сопротивлениях резисторов в цепи затворов равных 27 Ом показаны на рисунке 10.

Рис. 10. Результаты измерения длительности задержки выключения td_off

Из графиков видно, что при уменьшении величины коммутируемого тока I_C значение длительности задержки выключения IGBT t_d_{_}_off может увеличиться практически в два раза, особенно при разогреве кристалла, поэтому определение величины мертвого времени по известному сопротивлению резистора в цепи затвора, очевидно, будет недостаточно точным. Более точный результат даст именно измерение реальных характеристик переключения транзисторов при использовании конкретного драйвера и резистора в цепи затвора, причем величина тока коллектора не должна превышать 1% от величины максимального значения коммутируемого тока I_C.

При проектировании инвертора следует также особое внимание обратить на то, что при использовании однополярного питания драйверов длительность задержки при переключении будет не только увеличиваться по сравнению с двуполярным вариантом, но будет также существенно зависеть от типа выходного каскада драйвера и разброса пороговых напряжений V_th IGBT. Поэтому при однополярном питании характеристикам драйверов транзисторов следует уделять первоочередное внимание, особенно при малых значениях коммутируемого тока.

В качестве примера определим длительность мертвого времени для рассмотренных выше транзисторов, работающих под управлением драйверов на основе оптических изоляторов HCPL-3120, нижнее плечо выходного каскада которых реализовано на основе полевых транзисторов. При использовании однополярного питания драйвера, на которое рассчитаны микросхемы HCPL-3120, с напряжением 15 В из графиков рисунка 10 определим максимальную длительность задержки выключения t_{d_off_max} ≈ 1500 нс. При этом минимальная длительность включения, согласно рисунку 5, равна t_{d_}_on_{_m}_in ≈ 100 нс. Из технической документации на микросхему HCPL-3120 определим разницу между задержками распространения сигнала t_{pdd_max} – t_{pdd_min} = 700 нс. Подставив эти значения в формулу 1, получим, что длительность расчетного мертвого времени в данном случае должна быть приблизительно равна 2,5 мкс.

Проверка правильности расчета длительности мертвого времени

После проведения измерений и расчета длительности мертвого времени по формуле 1 необходимо проверить правильность работы всей системы. Очевидно, что проверку необходимо проводить для наихудшего случая – при отключенной нагрузке и, поскольку длительности задержек включения и выключения транзисторов зависят от температуры, при высокой и низкой температурах кристаллов транзисторов.

Для этого в цепь эмиттера транзистора нижнего плеча необходимо включить датчик тока (рисунок 11) и контролировать наличие импульсов, возникающих из-за наличия сквозных токов в моменты переключений транзисторов. При правильной работе схемы управления, когда длительность мертвого времени достаточна для закрытия транзисторов, сквозные токи не должны возникать во всем диапазоне рабочих температур и токов нагрузки инвертора, при этом особое внимание следует уделить проверке при максимальной температуре кристалла и отключенной нагрузке.

Рис. 11. Схема для проверки правильности расчета мертвого времени

Способы уменьшения длительности мертвого времени

Для правильного расчета длительности мертвого времени необходимо учитывать следующие факторы:

Кроме этого, следует выполнить ряд исследований, на основании которых необходимо рассчитать длительность мертвого времени по формуле 1. Но, поскольку мертвое время отрицательно влияет на характеристики инвертора, его длительность желательно минимизировать следующими способами:

Суть последнего способа заключатся в уменьшении задержки выключения транзистора за счет увеличения тока разряда затвора. Поскольку длительность задержки выключения t_{d_off} зависит от параметров затворного резистора, компания Infineon предлагает при однополярном питании драйверов уменьшить сопротивление в цепи затвора при закрытии транзистора до величины, равной 1/3 от величины сопротивления при его открытии (рисунок 12).

Рис. 12. Схема подключения IGBT с раздельными цепями заряда и разряда затвора

Сопротивление резистора R₁ может быть определено по формуле 2:

Из чего выводится формула 3:

Из формулы 3 следует, что для получения положительного значения сопротивления резистора R₁ должно действовать условие R_{g_on} > 2R_{g_int}, что для некоторых IGBT может не выполняться. В этом случае резистор R₁ из схемы можно исключить, оставив только диод D₁, в качестве которого рекомендуется использовать диод Шоттки. Кроме этого, использование подобной схемы управления затвором позволяет устранить эффект защелкивания, возникающий в некоторых IGBT-модулях при однополярном питании (подробная информация об этом эффекте и способы его устранения приведены компанией Infineon в AN2006-01).

Заключение

Определение длительности мертвого времени оказалось достаточно трудоемкой задачей, требующей проведения целого ряда исследований в различных режимах работы. Однако несмотря на всю сложность, игнорировать эту проблему, используя упрощенные методики, нельзя, потому что рано или поздно возникновение сквозных токов (при малой длительности) или искажение формы выходного напряжения (при большой) может оказаться неприятным сюрпризом как для конечного потребителя, так и для разработчика.

Источник