Protección contra sobrecorriente IGBT

- Jan 23, 2019-

Protección de sobrecorriente IGBT

Independientemente de los daños a la propiedad o las consideraciones de seguridad, la protección IGBT para condiciones de sobrecorriente es la clave para la confiabilidad del sistema. Los IGBT no son un componente a prueba de fallas. Si fallan, pueden causar que el capacitor del bus de CC explote y que todo el controlador funcione mal. La protección de sobrecorriente se logra típicamente mediante la medición de corriente o la detección de desaturación. La figura 2 muestra estos consejos.

Para la medición de corriente, tanto el brazo inversor como la salida de fase requieren dispositivos de medición como resistencias de derivación para manejar fallas de disparo y fallas de bobinado del motor. La ejecución rápida del circuito de disparo en el controlador y / o el controlador de la puerta debe apagar el IGBT a tiempo para evitar que el cortocircuito soporte el tiempo. El mayor beneficio de este método es que requiere dos dispositivos de medición en cada brazo inversor y está equipado con todos los circuitos de aislamiento y acondicionamiento de señal relevantes. Esto se puede aliviar simplemente agregando una resistencia de derivación a la línea de bus de CC positiva y la línea de bus de CC negativa. Sin embargo, en muchos casos, hay resistencias de derivación de brazo en la arquitectura del controlador o resistencias de derivación de fase para servir al circuito de control de corriente y proporcionar protección de sobrecorriente de motor; también son posibles para la protección de sobrecorriente IGBT, siempre que el tiempo de respuesta del acondicionamiento de la señal sea lo suficientemente rápido como para proteger el IGBT durante el tiempo de resistencia al cortocircuito requerido.

La detección de desaturación utiliza el IGBT como elemento de medición de corriente. Los diodos en el esquema aseguran que la tensión del colector-emisor IGBT solo es monitoreada por el circuito de detección durante el encendido; durante la operación normal, el voltaje del colector-emisor es muy bajo (típicamente de 1V a 4V). Sin embargo, si se produce un evento de cortocircuito, la corriente del colector IGBT aumenta a un nivel que hace que el IGBT salga de la región de saturación y llegue a la región operativa lineal. Esto hace que la tensión del colector-emisor aumente rápidamente. Los niveles de voltaje normales anteriores se pueden usar para indicar la presencia de un cortocircuito, mientras que el nivel de umbral de disparo de desaturación es típicamente en la región de 7V a 9V. Es importante destacar que la desaturación también puede significar que el voltaje del emisor de la puerta es demasiado bajo y que el IGBT no está completamente impulsado a la región de saturación. Se debe tener cuidado al realizar el despliegue de detección de desaturación para evitar la activación falsa. Esto puede ocurrir especialmente durante la transición del estado IGBT apagado al estado IGBT cuando el IGBT no ha entrado completamente en la saturación. El tiempo de supresión generalmente se encuentra entre la señal de encendido y el tiempo de activación de detección de desaturación para evitar la detección falsa. También se suele agregar un condensador de carga de la fuente de corriente o un filtro RC para crear una constante de tiempo corta en el mecanismo de detección para filtrar los espolones del filtro causados por la captación de ruido. Al seleccionar estos componentes del filtro, se requiere un compromiso entre la inmunidad al ruido y el tiempo de resistencia al cortocircuito IGBT.

En general, hay dos formas de resolver el problema de conducción inductiva del inversor IGBT: usar una fuente de alimentación bipolar o una pinza Miller adicional. La capacidad de aceptar un suministro bipolar en el lado aislado del controlador de la puerta proporciona un margen adicional para los transitorios de voltaje inducidos. Por ejemplo, un riel negativo de –7.5V indica que se requiere un transitorio de voltaje inducido mayor que 8.5V para detectar la conducción no esencial. Esto es suficiente para evitar la conducción desviada. Otro método es reducir la impedancia de apagado del circuito de control de la puerta por un período de tiempo después de que se complete la transición de apagado. Esto se llama el circuito de la abrazadera de Miller. La corriente capacitiva ahora fluye a través del circuito de menor impedancia, que a su vez reduce la magnitud de la tensión transitoria. El uso de resistencias de compuerta asimétricas para encendido y apagado proporciona flexibilidad adicional para el control de velocidad de conmutación. Todas estas funciones de controlador de puerta tienen un impacto positivo en la confiabilidad y eficiencia del sistema en general.


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