Што адбываецца за мікрасекунду, калі IGBT выключаецца

Кожны раз, каліIGBTвыключаецца, нешта гвалтоўнае адбываецца за вельмі кароткі прамежак часу.

Параўнанне формы сігналу напружання, якое паказвае пік выключэння IGBT з кандэнсатарам CRE і без яго

Ток, які праходзіць праз прыладу, перарываецца. Энергія, якая назапашваецца ў індуктыўнасці ланцуга, не мае куды падзецца. Яна вызваляецца ў выглядзе скоку напружання. Калі нішто не паглынае гэты скок, ён можа перавысіць намінальнае напружанне IGBT і пашкодзіць прыладу.

Менавіта для вырашэння гэтай праблемы і прызначаны дэмпферны кандэнсатар. І варта яго добра зразумець, бо розніца паміж добрым дэмпферным кандэнсатарам і пасрэдным выяўляецца ў паломках прылады праз месяцы ці гады, а не ў першы ж дзень.

Праца дэмпфернага кандэнсатара

A дэмпферны кандэнсатарзнаходзіцца на камутацыйнай прыладзе і аддае вызваленую энергію ў бяспечнае месца.

Калі IGBT адключаецца, кандэнсатар паглынае пераходны ток і абмяжоўвае хуткасць нарастання напружання (dv/dt) на прыладзе. Гэтая адзіная функцыя выконвае тры рэчы адначасова: падаўляе скокі напружання, памяншае страты пры пераключэнні і згладжвае рэзкія змены току і напружання, якія ствараюць нагрузку на астатнюю частку ланцуга.

Каб гэта працавала добра, дзве электрычныя ўласцівасці маюць найбольшае значэнне: нізкае эквівалентнае паслядоўнае супраціўленне (ESR) і нізкая эквівалентная паслядоўная індуктыўнасць (ESL). Высокае ESR або ESL запавольвае рэакцыю кандэнсатара і абмяжоўвае эфектыўнасць яго стрымлівання хуткіх пераходных працэсаў. Менавіта таму металізаваная поліпрапіленавая плёнка з'яўляецца пераважным матэрыялам для большасці прымяненняў дэмпфера. Яна спалучае ў сабе нізкае ESR/ESL з самааднаўляльным дыэлектрыкам, таму кандэнсатар працягвае надзейна працаваць нават пасля паўторных перанапружанняў.

УнутрыSMJ-PПластыкавы скрынкавы IGBT кандэнсатар CRE

Кандэнсатар SMJ-P ад CRE — гэта пластыкавы дэмпферны кандэнсатар, спецыяльна распрацаваны для абароны IGBT, з алавянымі меднымі ўстаўкамі для лёгкай усталёўкі непасрэдна на модуль IGBT.

Пластыкавы кандэнсатар CRE SMJ-P з IGBT-дэмпферам і меднымі правадамі, пакрытымі луджай.

Асноўныя тэхнічныя параметры:

Сама канструкцыя пабудавана па той жа логіцы, што і электрычныя характарыстыкі. Пластыкавы корпус герметычна пакрыты смалой, якая абараняе абмотку ад вільгаці і механічных нагрузак. Даступныя як восевыя, так і радыяльныя канфігурацыі вывадаў, таму адно і тое ж сямейства кандэнсатараў можа падыходзіць да розных кампановак модуляў без неабходнасці кожны раз перапрацоўваць канструкцыю.

Падрабязнасць, якую прапускае большасць артыкулаў: геаметрыя вывадаў мае такое ж значэнне, як і ёмістасць

Большасцьдэмпферны кандэнсатарЗмест спыняецца на «выкарыстоўвайце поліпрапіленавую плёнку, яна самааднаўляецца». Гэта праўда, але гэта толькі палова інжынернай гісторыі, і менавіта тая палова не вырашае, ці будзе дадзеная дэталь працаваць у дадзенай схеме.

Другая палова — гэта індуктыўнасць контуру. Адно толькі значэнне ёмістасці не гарантуе нізкага скоку напружання, калі ўласная індуктыўнасць кандэнсатара застаецца высокай, бо астатняя індуктыўнасць у контуры паміж вывадамі і ўнутранымі злучэннямі сама па сабе адказвае за ўзнікненне скоку напружання або пераходнага працэсу. Іншымі словамі, дэталь з высокай ёмістасцю і доўгімі тонкімі вывадамі можа працаваць горш за меншую дэталь з кароткімі шырокімі вывадамі.

Дыяграма параўнання індуктыўнасці контуру паміж вывадамі кандэнсатара з доўгім вывадам і кандэнсатарам непасрэднага мантажу

Вось чаму спосаб мантажу мае большае значэнне, чым здаецца ў тэхнічным апісанні. Кандэнсатары з шырокімі плоскімі вывадамі, якія можна прыкруціць непасрэдна да модуля IGBT, маюць меншую ўласную індуктыўнасць, чым дэталі, падлучаныя праз доўгія правады. Медныя вывады SMJ-P з луджаным пакрыццём і магчымасць выбару восевай або радыяльнай канфігурацыі існуюць менавіта для гэтай мэты: каб шлях падключэння быў кароткім, а намінальная ёмістасць забяспечвала зададзеную абарону ад перападаў напружання/перападаў напружання.

Уласцівасць самааднаўлення ўсё яшчэ мае значэнне асобна. Металізаваная поліпрапіленавая плёнка, якая падвяргаецца лакальнаму прабою дыэлектрыка, ізалюе гэты дэфект за мікрасекунду, замест таго, каб цалкам выйсці з ладу, таму плёнка застаецца стандартным дыэлектрыкам для гэтага прымянення ў параўнанні з керамічнымі або электралітычнымі альтэрнатывамі. Але самааднаўленне і нізкая індуктыўнасць контуру - гэта дзве розныя інжынерныя праблемы, і дэмпферны кандэнсатар павінен правільна вырашаць абедзве.

SMJ-P у больш шырокім асартыменце дэмпферных кандэнсатараў CRE

ГэтыSMJ-P фармат пластыкавай скрынкі— адна з некалькіх канфігурацый вывадаў і корпусаў, якія прапануе CRE для абароны ад дэмпфераў IGBT і GTO. У залежнасці ад месца мантажу, арыентацыі вывадаў і патрабаванняў да тэмпературы, CRE таксама вырабляе варыянты з аксіяльнымі вывадамі і майларавай стужкай, пабудаваныя па той жа тэхналогіі металізаванай поліпрапіленавай плёнкі і распрацаваныя ў адпаведнасці з тымі ж стандартамі прадукцыйнасці ESR/ESL. Гэта азначае, што каманда распрацоўшчыкаў можа пераключацца паміж фарматамі па меры развіцця кампаноўкі, не перакваліфікуючы базавую дыэлектрычную сістэму з нуля.

Як інжынеры правяраюць выбар кандэнсатара-дэмпфера

Ёмістасці і намінальнага напружання, указаных у тэхнічным апісанні, недастаткова, каб пацвердзіць, што дэмпферны кандэнсатар будзе працаваць у дадзеным ланцугу. Стандартны метад праверкі, апісаны SEMIKRON у сваіх заўвагах па ўжыванні IGBT, заключаецца ў вымярэнні фактычнай формы хвалі напружання калектар-эмітар пры выключэнні, з усталяваным дэмпферным кандэнсатарам і без яго, і пацверджанні таго, што пік застаецца ў межах намінальнага блакавальнага напружання IGBT у найгоршых умовах. Пасля выключэння ток камутуецца ў дэмпферны кандэнсатар, ствараючы пік току ў момант пераключэння, а затым затухаючыя ваганні паміж дэмпферным кандэнсатарам і звяном пастаяннага току, прычым частата ваганняў задаецца паразітнай індуктыўнасцю шыны і значэннем дэмпфернага кандэнсатара.

Гэты ж акцэнт на геаметрыі вывадаў і абсталяванні для непасрэднага мантажу клем як на асноўнай зменнай канструкцыі, а не на другаснай, адлюстраваны ў шырока распаўсюджанай літаратуры па праектаванні сілавой электронікі, у тым ліку ў даведніку Рудзі Севернса па праектаванні дэмпфераў, апублікаваным Cornell Dubilier. Асноўная фізіка таксама фармалізавана ў IEC 61071, міжнародным стандарце, які рэгулюе кандэнсатары для сілавой электронікі, якому павінен адпавядаць SMJ-P. Пункт гледжання ва ўсіх гэтых крыніцах адзіны:Мэта — не проста значэнне ёмістасці ў спецыфікацыі, а вымеранае, паўтаральнае зніжэнне пікавага напружання пры выключэнні.

Дзе выкарыстоўваюцца кандэнсатары SMJ-P

Схема паўмоставага IGBT з дэмпферным кандэнсатарам C3, падлучаным да шын пастаяннага току.

Амартызацыйныя кандэнсатары не з'яўляюцца нішавым кампанентам. Яны выкарыстоўваюцца ўсюды, дзе камутацыйная прылада мае патрэбу ў абароне ад уласнага пераключэння:

• Інвертары і прывады рухавікоў, дзе IGBT пераключаюцца бесперапынна і патрабуюць пастаяннай абароны ад DV/DT

•Электроніка сілавога транспартнага сродку, дзе эфектыўнасць пераключэння і тэрмін службы кампанентаў непасрэдна ўплываюць на далёкасць дзеяння і надзейнасць

•Сістэмы аднаўляльных крыніц энергіі, у тым ліку сонечныя інвертары, дзе падаўленне скокаў напружання абараняе магутныя камутацыйныя прылады на працягу дзесяцігоддзяў эксплуатацыі

•Выпрамнікі,SVCі крыніцы харчавання лакаматываў, дзе высокія імпульсныя токі і высокія цыклы запаўнення робяць характарыстыкі ESR і ESL асабліва важнымі

Агульная рыса ўсіх гэтых прыкладанняў адна і тая ж: камутацыйныя прылады генеруюць пераходныя працэсы, і нешта павінна іх чыста паглынаць, цыкл за цыклам, на працягу ўсяго тэрміну службы сістэмы.

Чаму выбар матэрыялаў і вытворчасці з часам пагаршаецца

У тэхнічных характарыстыках праца дэмпфернага кандэнсатара выглядае простай. На практыцы ж прадукцыйнасць вызначаецца дэталямі, якія выяўляюцца толькі пасля гадоў працы сістэмы: наколькі паслядоўна дыэлектрык аднаўляецца пасля нагрузкі, наколькі шчыльна кантралююцца ESR і ESL ва ўсёй вытворчай партыі, і ці захоўваецца супраціўленне ізаляцыі ва ўсім дыяпазоне тэмператур, а не толькі пры пакаёвай тэмпературы.

Вось чаму тэрмін службы ізаляцыі SMJ-P ад CRE складае 100 000 гадзін, а не прыводзіцца ў агульным значэнні, прывязаным да канкрэтнай тэмпературы (≤85°C), і чаму супраціўленне ізаляцыі пазначаецца асобна па дыяпазоне ёмістасці, а не ў выглядзе адной агульнай лічбы. Гэта тыя характарыстыкі, якія важныя для інжынера, які правярае канструкцыю, а не проста маркетынгавае сцвярджэнне.

Часта задаваныя пытанні: Выбар кандэнсатара IGBT для дэмпфіравання

Q1：Што такоеIGBT кандэнсатар з дэмпферамвыкарыстоўваецца для? 

Амартызацыйны кандэнсатар IGBT падаўляе скокі напружання, якія ўзнікаюць пры адключэнні IGBT, абараняючы прыладу ад перавышэння намінальнага блакавальнага напружання. Металізаваны поліпрапіленавы плёнкавы кандэнсатар SMJ-P ад CRE распрацаваны менавіта для гэтай мэты і мае дыяпазон намінальнага напружання ад 700 В да 3000 В пастаяннага току.

Q2：Як выбраць патрэбнага вытворцу дэмпферных кандэнсатараў? 

Шукайце вытворцу, які прапануе плёнкавыя кандэнсатары з нізкім ESR/ESL, прызнаныя сертыфікаты (IEC 61071, UL94V-0) і варыянты ёмістасці або напружання на заказ.КРЕз'яўляецца вытворцам плёнкавых кандэнсатараў, які пастаўляе DC-Link,IGBT-дэмпфер, а таксама кандэнсатары з фільтрамі ЭМС для сілавой электронікі, аднаўляльных крыніц энергіі і чыгуначнага транспарту, даступныя як з восевай, так і з радыяльнай канфігурацыяй вывадаў.

Q3：Чым поліпрапіленавыя плёнкавыя кандэнсатары лепшыя за іншыя тыпы дэмпферных кандэнсатараў? 

Металізаваная поліпрапіленавая плёнка мае нізкі каэфіцыент ESR/ESL, самааднаўляльныя дыэлектрычныя ўласцівасці і стабільную працу ў шырокім дыяпазоне тэмператур, што робіць яе стандартным дыэлектрыкам для дэмпферных прымяненняў у параўнанні з электралітычнымі або керамічнымі альтэрнатывамі. SMJ-P ад CRE працуе ад -40°C да +85°C з намінальным тэрмінам службы 100 000 гадзін.

Поўная тэхнічная дакументацыя для SMJ-P даступная тут: https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html

Спасылкі:

1. СТВАРЫЦЬ НОВУЮ ЭНЕРГІЮ,Пластыкавы скрынкавы дэмпферны кандэнсатар IGBT SMJ-P«Тэхнічныя характарыстыкі прадукту». (https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html)

2. Semikron Danfoss, «Вымярэнне пікавага напружання IGBT і спецыфікацыя дэмпфернага кандэнсатара», заўвага да ўжывання AN 07-006.

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

3. Севернс, Рудзі. «Праектаванне дэмпфераў для сілавых ланцугоў». Заўвага да ўжывання Cornell Dubilier. (https://www.cde.com/resources/technical-papers/design.pdf)

Тэхнічныя характарыстыкі адлюстроўваюць апублікаваныя на момант напісання тэксту дадзеныя. Перад канчатковым выкарыстаннем у распрацоўцы чытачам варта праверыць бягучыя характарыстыкі ў адпаведнасці з апошнім пашпартам дадзеных вытворцы.