Protezione da sovracorrente IGBT
Indipendentemente dal danno alla proprietà o dalle considerazioni sulla sicurezza, la protezione IGBT per le condizioni di sovracorrente è la chiave per l'affidabilità del sistema. IGBT non sono un componente fail-safe. Se falliscono, possono far esplodere il condensatore del bus DC e causare il malfunzionamento dell'intero driver. La protezione da sovracorrente viene in genere ottenuta misurando la corrente o rilevando la desaturazione. La Figura 2 mostra questi suggerimenti.
Per la misurazione della corrente, sia il braccio dell'inverter che l'uscita di fase richiedono dispositivi di misurazione come resistori shunt per gestire guasti di apertura e di avvolgimento del motore. L'esecuzione rapida del circuito di scatto nel controllore e / o nel gate driver deve spegnere l'IGBT in tempo per evitare il tempo di resistenza al cortocircuito. Il più grande vantaggio di questo metodo è che richiede due dispositivi di misurazione su ciascun braccio dell'inverter ed è dotato di tutti i circuiti di condizionamento e isolamento dei segnali pertinenti. Questo può essere alleviato semplicemente aggiungendo un resistore shunt alla linea del bus CC positiva e alla linea del bus CC negativo. Tuttavia, in molti casi, sono presenti resistenze di derivazione del braccio nell'architettura del driver o resistori di shunt di fase per servire il circuito di controllo corrente e fornire protezione da sovracorrente del motore; sono inoltre possibili per la protezione da sovracorrente IGBT, a condizione che il tempo di risposta del condizionamento del segnale sia sufficientemente veloce da proteggere l'IGBT durante il tempo di tenuta al cortocircuito richiesto.
Il rilevamento della desaturazione utilizza l'IGBT stesso come un elemento di misurazione corrente. I diodi nello schema assicurano che la tensione del collettore-emettitore IGBT sia monitorata solo dal circuito di rilevamento durante l'accensione; durante il normale funzionamento, la tensione del collettore-emettitore è molto bassa (tipicamente da 1 V a 4 V). Tuttavia, se si verifica un evento di cortocircuito, la corrente del collettore IGBT sale a un livello che allontana l'IGBT dalla regione di saturazione e nella regione operativa lineare. Ciò fa aumentare rapidamente la tensione del collettore-emettitore. I livelli di tensione normali sopra indicati possono essere utilizzati per indicare la presenza di un cortocircuito, mentre il livello di soglia di interruzione della desaturazione è in genere nella regione da 7 V a 9 V. È importante sottolineare che la desaturazione può anche significare che la tensione di gate-emitter è troppo bassa e che l'IGBT non è completamente guidato verso la regione di saturazione. Prestare attenzione durante l'esecuzione del rilevamento di desaturazione per evitare falsi trigger. Ciò può verificarsi in particolare durante la transizione dallo stato off IGBT allo stato IGBT quando l'IGBT non ha inserito completamente la saturazione. Il tempo di blanking è solitamente compreso tra il segnale di accensione e il tempo di attivazione del rilevamento di desaturazione per evitare il rilevamento errato. Un condensatore di carica della sorgente di corrente o un filtro RC viene anche tipicamente aggiunto per creare una breve costante di tempo nel meccanismo di rilevamento per filtrare gli impulsi del filtro causati dalla rilevazione del rumore. Quando si selezionano questi componenti del filtro, è necessario un compromesso tra immunità al rumore e tempo di tenuta al cortocircuito IGBT.
In generale, ci sono due modi per risolvere il problema della conduzione induttiva dell'inverter IGBT - utilizzando un alimentatore bipolare o un morsetto Miller aggiuntivo. La possibilità di accettare un'alimentazione bipolare sul lato isolato del gate driver fornisce un margine aggiuntivo per i transitori di tensione indotti. Ad esempio, un binario negativo da -7,5 V indica che è necessario un transitorio di tensione indotto superiore a 8,5 V per rilevare la conduzione spuria. Questo è sufficiente per prevenire la conduzione vagante. Un altro metodo consiste nel ridurre l'impedenza di spegnimento del circuito del gate driver per un periodo di tempo dopo il completamento della transizione di spegnimento. Questo è chiamato il circuito di serraggio Miller. La corrente capacitiva ora attraversa il circuito di impedenza inferiore, che a sua volta riduce la grandezza del transitorio di tensione. L'uso di resistori di gate asimmetrici per accensione e spegnimento offre ulteriore flessibilità per il controllo della velocità di commutazione. Tutte queste funzioni gate driver hanno un impatto positivo sull'affidabilità e l'efficienza dell'intero sistema.
