Динамо-машины  Моделирование транзисторов 

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

транзисторами и их внутренними диодами. Именно эти биполярные транзисторы и формируют триггерную PNPN структуру, приводящую к защелкиванию.

Из приведенной схемы видно, что, если выходное напряжение драйвера Vout станет выше напряжения питания Vcc (или ниже Vcom) на величину отпирания биполярного транзистора Vbe, то откроется один из паразитных биполярных транзисторов, и защелкнется триггер, закоротив питание драйвера. Ток, протекающий при этом достаточен, чтобы разрушить металлизацию интегральной схемы.

Благодаря структуре выходного каскада и наличию внутренних диодов КМОП транзисторов, драйверы способны противостоять защелкиванию до определенных значений наведенного тока. Например, драйверы серии IR21XX не защелкиваются при наведенном на выход токе до 0,5А. Кроме того, из-за низких частотных характеристик паразитных транзисторов, выходной каскад может не защелкнуться при длительности наведенного импульса менее 1 мкс. Следует также отметить, что ток защелки имеет отрицательный температурный коэффициент.

В документации по применению драйверов многие фирмы указывают максимальную скорость нарастания напряжения (dV/dt immunity), которую способен выдерживать драйвер. Для драйверов фирмы International Rectifier эта величина составляет plusmn;50V/ns. Это говорит о том, что при более высоких скоростях нарастания, фронт напряжения, продифференцированный паразитной емкостью, может вызвать смещение выходного напряжения драйвера на указанную выше величину и, следовательно, повлечет за собой срабатывание триггерной структуры. Таким образом, правильное включение каскадов управления и силовых транзисторов имеет важное значение для обеспечения надежности.

Метопы исключения зашелки

Основное, на что надо обращать внимание при разработке топологии выходного каскада - это правильное подключение цепей питания и общего провода. Ни при каких условиях силовые токи не должны протекать по цепям управления затвором. Вывод СОМ драйвера должен быть связан непосредственно сэмиттером IGBT (или истоком МОП ПТ). Соединение драйвера с затвором и эмиттером должно быть выполнено прямыми линиями минимальной длины. Если нет возможности установить транзистор на печатную плату, то

Рис.3

провода цепи управления необходимо сделать бифилярны-ми и прямыми. Высоковольтный конденсатор питания долен быть установлен максимально близко к силовому транзистору и иметь выводы с минимальной индуктивностью. International Rectifier указывает, что при суммарной индуктивности выводов ЮОнГ перенапряжение в момент переключения можег достигать 2008.Для борьбы с перенапряжением ряд фирм выпускает конденсаторы с полосковыми низкоиндуктивными выводами.

Для ограничения dV/dt, которое может вызвать защелку из-за емкости Миллера, можно увеличивать резистор затвора Rg. однако при этом будут возрастать потери переключения. Можно также использовать RC цепи формирования траектории переключения (например, см. рис.3).

Цепочка (иногда она называется снаббер), показанная на рис.3, затягивает фронт напряжения на время, определяемое емкостью и параметрами нагрузки. Перезаряд емкости происходит через резистор и открытый транзиаор. Такие цепи также вносят дополнительные потери и усложняют аппаратную реализацию, однако иногда они являются единственной альтернативой.

В любом случае при расчете схемы разработчику приходится искать компромисс между потерями и надежностью, и часто пожертвовать потерями представляется более рациональным. Хотя снаббер и решает проблему dV/dt практически во всех схемах, постоянная времени RC цепочки ограничена величиной паузы ( deadtirne ) при переключении транзисторов верхнего и нижнего плеча. Обычно ее величина составляет 1-2 мкс. Поэтому иногда лучше увеличить номинал резистора затвора. Диапазон изменения этого резистора и его

номинальная величина являются справочными данными. Резистор затвора - это элемент задающий, в основном, динамические свойства каскада, и к его выбору надо относиться крайне осторожно. Он определяет потери при переключении и скорость переключения, т.к. вместе с емкостью затвора Сде образует RC цепь, на которую подается практически прямоугольный импульс управления. Вместе с обратной емкостью Сдс он создает затягивание фронтов за счет эффекта Миллера.

При правильном выборе резистора затвора большая часть наведенного тока смещения течет через емкость Сде (см. рис.4), минуя выход драйвера. Таким образом, если выбрать резистор так, чтобы обратные токи драйвера не превышали 0,5А, защелкивания не произойдет.

Максимальная величина этого резистора ограничена многими факторами, главным из которых является следующий. При работе полумостовой схемы после паузы, когда оба транзистора закрыты, начинает открываться верхний транзистор. При этом фронт напряжения, нарастающего на нижнем транзисторе дифференцируется емкостью Сдс и попадает на затвор, наводя ток смещения на резисторе Rg. Если его величина будет достаточно большой, то напряжение, возникающее из-за протекания этого тока, может стать достаточным для открывания нижнего транзистора. Следствием этого будет непредсказуемый сквозной ток.

Вообще, увеличение резистора затвора противоречит требованию максимальной скорости переключения IGBT или МОП ПТ, ради которой и используют эти элементы. Для того, чтобы с одной стороны предотвратить защелкивание, а с другой стороны не допустить самопроизвольного открывания и получить максимальную скорость выключения, иногда

RG1 DG

r-CD-Н