Bu IGBTnin / Devrenin sorunu ne olabilir

[tunayk]

Aşağıda şemasını verdiğim devre ile, 3 fazdan rezistif akım çekmeye çalışıyoruz. Çektiğimiz akımın saf sinüs olması kritik değil ancak güç faktörünün düşük veya yüksek her akımda 1 veya yakın olması önemli.


Şemada görülen pasif elemanlar kullanılan değerlerde.  IGBT olarak cm300dy-24t  IGBT sürücü olarak da VLA567-01R  kullandık.  Sürücünün datasheetinde belirtilen dış komponentleri de tavsiye edilen değerlerde seçtik.  Gate direncimiz 10R, test devresindeki yük direncimiz 16R. Köprü diyotumuz 1200V 200A Modül.

Sisteme 3 fazlı ayarlı bir varyak ile 100V tan itibaren , yaklaşık 100V luk artışlarla enerji vererek her volt değerinde, 1okHz PWM uygulayarak 0- %80 duty arasında denemeler yaptık. PWM işlemci ile soft start olarak uygulanıyor.

Köprü diyot çıkışında 450V DC değerine kadar herhangi bir sorun yaşamadık. 450VDC'de yük akımımız 20A iken IGBT uçlarındaki sinyalerin skop ekran görüntüsü de şöyledir.
Kırmızı Gate, Mavi Kollektör akımı (0.47uF snubber kapasitör akımı hariç) , Siyah kollektör - emiter arası voltaj.



200V civarında ;




Herşey yolunda giderken, son voltaj adımımızda 550VDC uyguladık ve henüz akım 5A civarına gelmeden 1-2sn içinde IGBT kısadevre olarak bozuldu.  G-E arası da 4.2R gibi bir direnç gösteriyor. Buna bağlı olan sürücününde çıkışı bozuldu.
Bir önceki denememizde 16kHZ PWM uygulamıştık ve herşey aynı şekilde gelişti ve aynı noktada arıza oldu.  Acaba frekans yüksek , sürücü sıkıntı mı yaşıyor diye düşürdük ama yine aynı volt değerinde uçtu.

Şimdi IGBT'miz 1200V,  Gate sürücümüz IGBT Kısadevre korumalı iken bu arıza neden olabilir ?
Nerede hata yapıyoruz?

[z]

DS uclarina baglanacak snubber devresi bu sartlarda oyle olmamali.

IGBT uzerinde pals basina harcanabilecek  enerji On ve Off durumlari icin yaklasik 30mJ imis.

0.47 uF uzerinde sarj olmasina izin verilecek max voltaji hesaplayalim.

E=(1/2)CV^2 den 30E-3=0.5*(0.47E-6)V^2

V=357 Volt

Eger kesimde olan IGBTde DS voltaji 357 Voltu asar ardindan da IGBT iletime sokulursa 30mJ enerjiyi IGBT uzerinde harcarsin. Bundan sonrasi tehlikeli durum.

0.47 uF degerini dusurun.

Fakat 10uH bobin varsa o da sikinti.

[quarko]

Aynı sürücüyü biraz daha yüksek frekansta kullandık hocam. Herhangi bir sorun çıkarmamıştı. Frekansla alakalı bir problem değil bu durum.

[tunayk]

DS uclarina baglanacak snubber devresi bu sartlarda oyle olmamali.

IGBT uzerinde pals basina harcanabilecek  enerji On ve Off durumlari icin yaklasik 30mJ imis.

0.47 uF uzerinde sarj olmasina izin verilecek max voltaji hesaplayalim.

E=(1/2)CV^2 den 30E-3=0.5*(0.47E-6)V^2

V=357 Volt

Eger kesimde olan IGBTde DS voltaji 357 Voltu asar ardindan da IGBT iletime sokulursa 30mJ enerjiyi IGBT uzerinde harcarsin. Bundan sonrasi tehlikeli durum.

0.47 uF degerini durusun.

Fakat 10uH bobin varsa o da sikinti.

Teşekkür ederim Hocam.  Yük direnci , sistemin yapısından dolayı kablo ve kendi içinde  hava nüveli bobine benzer yapıda olduğu için simülasyonda 10uH bobin ekledim. Gerçekte böyle bir bobin yok.

Daha önce 0.1u kapasitör vardı.  Düşük voltaj ve 40-50A akımlarda test yaparken Vce de, bus+300V civarında pik görünce kapasitör arttırdım.

Snubber konusunda ne önerirsiniz?

[tunayk]

Aynı sürücüyü biraz daha yüksek frekansta kullandık hocam. Herhangi bir sorun çıkarmamıştı. Frekansla alakalı bir problem değil bu durum.

Hocam, kısadevre koruması konusunda
 datasheet te belirtilen Ctrip ve Cs değerlerini ne seçmiştiniz? Sonuç aldınız mı?

[Erol YILMAZ]

Sadece low side kullanılan bir IGBT'nin yükü de sabit ise KISADEVRE ile ne işi olabilir?
Half bridge baglanti olsa hadi aynı anda açık kaldı diyelim.
Ama IGBT tek, ust tarafta da yükü var.
KISADEVRE değil buradaki konu.
Zaten mumkun de gorunmuyor.

[z]

Snubber konusunda ne önerirsiniz?

Hic olmazsa 0.47 uF ye kucuk bir direnci seri bagla. Boylece enerjinin bir kismini direncte harcarsin.

Normalde olmasi gereken

[Yuunus]

surucunun gnd si ile IGBT nin emiter ucunu birbirine olabildigince yakin tutun, yuksek akimlarda kucuk mesafelerde hat uzerinde olusan voltaj ziplamalari anahtarlamanin kontrolunu sizden alabilir.

[tunayk]

DS uclarina baglanacak snubber devresi bu sartlarda oyle olmamali.

IGBT uzerinde pals basina harcanabilecek  enerji On ve Off durumlari icin yaklasik 30mJ imis.

0.47 uF uzerinde sarj olmasina izin verilecek max voltaji hesaplayalim.

E=(1/2)CV^2 den 30E-3=0.5*(0.47E-6)V^2

V=357 Volt

Eger kesimde olan IGBTde DS voltaji 357 Voltu asar ardindan da IGBT iletime sokulursa 30mJ enerjiyi IGBT uzerinde harcarsin. Bundan sonrasi tehlikeli durum.

0.47 uF degerini dusurun.

Fakat 10uH bobin varsa o da sikinti.

Genelde tristörle çalıştığımız için, kısa süreli pik akımları pek dikkate almıyoruz. Küçük bir kapasitörün bu kadar risk oluşturcağı gözümden kaçmış açıkçası.

Vermiş olduğunuz snubber devresinde eleman seçimi için şu yorumları yapabiliriz sanırım.


Icap akımının kapasitör pik akımını aşmamasına dikkat edilmeli

Ton anındaki aşırı akımı engellemek için Vcap / Rsnubber değeri hiç bir zaman IGBT max akım değerini aşmamalı. 600V Şarj için en az 2R2 veya 3R3 emniyetli olacaktır.


Peki direncin gücünü nasıl belirlemeliyim. Örneğin,  kapasitör 600V Bus voltajına şarj olsun.
bu durumda kapasitörde E=0.5*0.47uF*600V*600V = 84.6mJ Enerji depolanır.  Bu enerjinin 25mJ'ü  transistörde harcanırsa, kalan 60mJ dirençte harcanmalı.  Buradan hareketle direnç gücü;
P=E*Fsw , P=600W gibi bir değer bulunuyor ancak mantıklı ya da en azından uygulanabilir gelmedi. Ne önerirsiniz?

[z]

Snubber kapasitorunun degerini dusurmen gerekir. Aksi halde depolanmis enerji cok yuksek olacaktir.

Devrende enduktif etki yoksa snubber degerini bu kadar yukseltmene gerek yok.

Ayrica 25mJ de IGBT icin yuksek. Dayanim sinirina yakin bir deger.

Once dusuk gerilimle calisarak kollektor voltajini detayli grafigini elde edip kacak enduktans hakkinda sayisal  bir deger elde etmek lazim. Ona gore kapasitorun degerine karar verilebilir. Belki de enduktansi dusurmenin yoluna gitmek gerekir. Fakat ilk verdigin scop goruntulerinden enduktif bir etki gorunmuyor.  Ben hala 0.47 uF nin yuksek degerde oldugunu dusunuyorum. Bir tane daha 0.47 UF seri baglanabilir.

Fakat mavi grafikte bir teslik var. Kapasitor akimi bu grafige dahil degilse IGBT kesime hizli gidemiyor gibi duruyor.

[tunayk]

Mavi grafik yük direncinin bacağından ölçülen akim. Sadece kollektör akımı değil. Yukarıdaki ifade hatalı olmuş.

Kapasitörü yüksek seçmekteki amacım Vce yi sınırlamak. IGBT gerilimine yaklaşıyor yüksek akımlarda. Eğer bu bir risk oluşturmazsa kapasiteyi azalabilirim .

[z]

Yuksek akimlarda yerlesim sekli ve mesafeler kritiklesiyor. Baralara gecmek gerekiyor. Yuk direncin tel sarimli bir direnc ise enduktasni vardir. Direnc paraleline ters, hizli toparlanma suresi dusuk bir diyod isini kolaylastirabilir.

[Erol YILMAZ]

Yuksek akimlarda yerlesim sekli ve mesafeler kritiklesiyor. Baralara gecmek gerekiyor. Yuk direncin tel sarimli bir direnc ise enduktasni vardir. Direnc paraleline ters, hizli toparlanma suresi dusuk bir diyod isini kolaylastirabilir.

adım adım akımı yükseltirken gerilim sıçramalarını görmesi lazım değil mi?

[z]

Ne demek istedigini anlamadim.

[Erol YILMAZ]

Kaçak endüktif etki ile akım artışından mutevellit gerilimlerin IGBT'yi bozacak kadar yükseldiğini tahmin ediyoruz.
tunayk arkadaşımız,
IGBT'nin Gate Emiter ve Collector Emiter arasındaki gerilimi skop ile inceliyor.

Bu gerilimlerin artışını skop ile gözleyebiliyor olması lazım diyorum.