Reverse recovery üzemmód
Amikor a dióda bezáródik, a benne tárolt töltetet ki kell üríteni, ez pedig a diódáramnak az ellenkező irányban történő növeléséhez vezet. Ennek az áramnak a görbéje a dióda visszanyerésének módját jellemzi.
Az 1.19. Ábra egy egyszerű kört mutat a rendszer mérésére.
Ábra. 1.19
S - ideális kulcs, IL - áramforrás, VK - feszültségforrás, LK - induktivitás
Az S kapcsoló lezárása után az áram és a feszültség átáramlik a diódán, amint az a 20. ábrán látható. Ez a grafikon egy puha dióda helyreállításának példája. Az 1.21. Ábra a diódáram jellemzőit mutatja a paraméterek éles változásával. A görbét az 1.20.
Fig.1.20 A dióda "lágy" helyreállításának folyamata és feszültsége az áramkörben az 1.1.19. Ábrán és a helyreállítási üzemmód jellemzőinek meghatározása
A dI / dt kapcsolási sebességet a feszültség és az induktivitás határozza meg:
T0 időpontban az áram nullán halad át. Ekkor a dióda elkezd zárni. Ebben az esetben a dióda pn-csomópontja felszabadul a töltőhordozókból. A pillanatnyi áramerősség a szivárgó áram szintjére esik, az aktuális jellemző csak a diódán múlik.
A fordított visszahúzási időt trr a t0 és az idő közötti intervallum határozza meg, amikor az áram elérte az IRRM 20% -át. A tf és ts intervallumokat (20.20. Ábra) a helyreállítási mód kvantitatív értékei határozzák meg:
a lágyság együtthatója s = tf / ts (1.2)
Ez a meghatározás nem elegendő, mert az 1.21a ábra jellemzője éles lehet. Az 1.21b ábrán látható jellemző lágy, tf> ts. de ez egy kemény vágás.
Ábra. 1.21. A két diódás gyors helyreállítási üzemmód jelenlegi jellemzői
Pontosabban, megtalálható a "lágyság" együtthatója,
A méréseket legfeljebb 10% áram és a beállított áram 200% -án kell elvégezni. Ez azt jelenti, hogy a kis áramok nagymértékben befolyásolják a visszahúzási módot. A túlfeszültség törvényen alapulhat:
Ezért bizonyos mérési körülmények között vagy VM = VK + Vind feszültségimpulzus esetén a túlfeszültségek a fordított visszahúzási mód jellemzőinek is tekinthetők. De ez a meghatározás szintén nem elegendő, mivel a következő paramétereket nem veszik figyelembe:
- Hőmérsékletet. A magas hőmérséklet negatív hatást gyakorol a helyreállítási rendszerre. De néhány gyors dióda esetében ez a mód rosszabb környezeti hőmérsékleten vagy alacsony hőmérsékleten.
- Az alkalmazott feszültség. A magas feszültség lelassítja a visszacsatolást.
- Az aktuális emelkedés dI / dt. A dI / dt függőség nagymértékben függ a diódák gyártásától. Néhány dióda finomabban reagál a dI / dt növekedésére, másokra - merevebben.
Mindezeket a tényezőket nem lehet egyetlen egyszerű számítással összegezni. Ezért az 1.19. Ábrán látható áramkör és az (1.2) vagy (1.3) kapcsolatok csak arra szolgálnak, hogy megmagyarázzák bármely paraméter hatását a kapcsolási rendszerre. A fordított visszahúzási mód átfogó értékelése csak az áramkörben lévő dióda bizonyos működési módja esetén végezhető el. Az ilyen mérési áramkör az 1.22 ábrán látható.
A dI / dt kapcsolási sebességet az RGon kapuellenállás szabályozza. Az L q 1 parazita induktivitás kondenzátorok, IGBT és diódák csatlakoztatásakor fordul elő. Az 1.23. Ábra az IGBT és az IGBT és a dióda áramát jelző vezérlőjeleket mutatja. Amikor az IGBT ki van kapcsolva, a terhelésáram áramlik a reverz diódán. Ha az IGBT-t a következő alkalommal bekapcsolja, a dióda egyidejűleg egy jellegzetes helyreállítási módot vált át. Az IGBT-en keresztül bekapcsolva a visszirányú diódák visszatérési áramát is eléri. Ez a folyamat egy 1.24. Ábrán látható soft recuperációs diódával van ábrázolva, erős idő-tengely kiterjesztéssel. Az 1.24a. Ábra bemutatja az IGBT áram- és feszültséggörbéjét, valamint az indításkor fellépő áramveszteséget. Az 1.24b. Ábrán a fordított dióda áramának és feszültségének görbéje és teljesítményvesztesége.
Amíg az impulzus ellenáramú IRPM áthalad az IGBT-en, az IGBT-n lévő feszültség még mindig egyenlő a Vk feszültséggel (1200 V az 1.24a ábrán). Ebben az esetben a bekapcsolt állapot teljesítményvesztesége az IGBT számára maximális.
A dióda visszirányú visszanyerésének jellemzője két részre bontható:
- A fordított áramimpulzus növekedése és ennek megfelelően a fordított áram csökkenése a dIr / dt sebességgel. dIr / dt a dI / dt tartományon belül van, amennyire a dióda megengedi. Az IRPM impulzus ellenáramának hatása a kulcsra.
- "Hátul", míg a fordított áram lassan nullára csökken. Itt nem lehet definiálni a trr. A fő diódás teljesítményveszteségek a "farok" -nál fordulnak elő, amikor a feszültség már be van helyezve a diódára. A gyors dióda farok nélkül kisebb kapcsolási veszteségeket eredményez, de használhatatlanná válhat. Az IGBT-ben a kapcsolási veszteségek ebben a fázisban nem olyan magasak, mert ebben a pillanatban az alkalmazott feszültség már csökkent.
Összehasonlítva a veszteségeket az IGBT, amikor a veszteség a dióda kevesebb (kapcsolási veszteségek a dióda ábra adja 1.24 azonos skálán, a veszteségeket a IGBT a ris.1.24b). Az IGBT és a dióda veszteségeinek minimalizálása érdekében figyelembe kell venni egy kis visszafutásgátlót és a maradék töltés legnagyobb részét, amelyet a farok fázisában kiürítettek. Ennek határa a dióda maximális eloszlott teljesítménye.
Ábra. 1.24. Áram, feszültség és áramvesztés, amikor az IGBT (a) be van kapcsolva és a dióda (b) ki van kapcsolva, amelyeket az 1.22
Impulzus ellenáram-visszaállás IRPM - a dióda legfontosabb paramétere, amely befolyásolja a teljes veszteséget, ezért minimálisra kell csökkenteni.
A szabványos alkalmazásban, amikor a kulcs egy félvezető modul, a paraszti induktivitás L q ges belül 40 nH, csökkentve az eredményül kapott túlfeszültséget. Mivel nincs ideális kulcs, az IGBT feszültsége a helyreállítási fázis alatt bizonyos szintre csökken. Ennek a feszültségnek az a formája:
ahol az VCE (t) az adott időben az IGBT-re alkalmazott feszültség. Jellemzően, a lágy helyreállító diódával mérsékelt növekedési ráta akár 1500 A / ms és minimális a parazita induktivitások V (t) kisebb, mint Vk, bármikor, és így nem túlfeszültség.
Az 1.25. Ábra bemutatja a módszer helyreállítási módját. Ilyen körülmények között, a túlfeszültség a CAL-dióda képest diódák, az élettartama a töltéshordozók meghatározott, amelyben a platina diffúziós, CAL-dióda puha helyreállítási munkakörülmények miatt csökkentett hatékonyságát a p emitter. A platina diódák ugyanolyan "puha "ak, mint a CAL-diódák egy névleges áramnál (75 A).
De a kisebb áramok a maximális kapcsolóáramok miatt 100 V-ot meghaladó túlfeszültséget okoznak a névleges áram 10% -ánál. De a CAL-diódákban semmilyen körülmények között nincs jelentős túlfeszültség.
Ábra. 1.25. Feszültség túlfeszültség a kapcsolás során az előremenő dióda áramtól függően
A kézikönyvben szereplő további magyarázatok a következő meghatározáson alapulnak: A dióda lágy helyreállítási üzemmódban működik, ha az áramkör bármely paraméterében nincsenek olyan túlfeszültségek, amelyek a dióda fordított áramának csökkenésével jöttek létre. Bármely paraméter az áramok névleges tartománya, az áramkör összes kapcsolási frekvenciája -50 ° C és + 150 ° C között. Ez a meghatározás igaz, ha di / dt nem túl magas (> 6 kA / MS) vagy az áramkörben induktivitás elég nagy (> 50 nH), amely szintén okozhat a túlfeszültség.
Ugyanilyen fontos követelmény a fordított diódák 100 V feszültségre (a lágy kapcsolási rendszer ellenére) dinamikus stabilitás. Az 1.24b. Ábra azt mutatja, hogy mindaddig, amíg az áram átáramlik a diódán, szinte minden bemeneti egyenfeszültséget alkalmaznak rá. Ha IGBT kapcsolók nagyon gyorsan (alacsony kapu ellenállása RG) növekedni fog vissza, és a farok áramok, amellyel a feszültség VCE csökkentjük IGBT, amely dióda commutes magasabb dV / dt sebességgel. A sűrűség a vezetőképes áram a töltés (furat) hordozó tehát magasabb kezdeti sűrűsége, úgy, hogy letörés fellép a félvezető feszültségen sokkal alacsonyabb visszatérítő szintre (dinamikus bontásban). Ezen folyamatok kezelésére a fordított diódák dinamikus stabilitására jellemző. A dinamikus stabilitást a következőképpen határozzuk meg:
Dinamikus stabilitás - a dióda képes a di / dt magas kapcsolási sebesség és a magas feszültség egyidejű elviselésére.
Ha a dióda kevés dinamikus stabilitással rendelkezik, a di / dt IGBT határértékeket korlátozza, vagy csak a maximális visszacsatolással működik, lehetséges a kapcsolási veszteségek növelése.