Шта се дешава у микросекунди када се IGBT искључи

Сваки путИГБТискључује се, нешто насилно се дешава у веома малом временском периоду.

Поређење напонског облика који приказује скок при искључењу IGBT транзистора са и без CRE снабер кондензатора

Струја која тече кроз уређај се прекида. Енергија ускладиштена у залуталој индуктивности кола нема где да оде. Ослобађа се као напонски скок. Ако ништа не апсорбује тај скок, може премашити номинални напон IGBT-а и оштетити уређај.

Управо је то проблем који снабер кондензатор треба да реши. И вреди га правилно разумети, јер се разлика између доброг снабер кондензатора и осредњег показује као кварови уређаја месецима или годинама касније, а не првог дана.

Посао пригушног кондензатора

A пригушни кондензаторналази се преко прекидачког уређаја и даје ту ослобођену енергију негде на сигурном месту.

Када се IGBT транзистор искључи, кондензатор апсорбује пролазну струју и ограничава брзину раста напона (dv/dt) на уређају. Та једна функција ради три ствари истовремено: сузбија скокове напона, смањује губитке при прекидању и ублажава нагле промене струје и напона које оптерећују остатак кола.

Да би ово добро функционисало, два електрична својства су важнија од свега осталог: низак еквивалентни серијски отпор (ESR) и ниска еквивалентна серијски индуктивност (ESL). Висок ESR или ESL успорава одзив кондензатора и ограничава колико ефикасно може да обузда брзе транзијентне промене. То је такође разлог зашто је метализовани полипропиленски филм материјал по избору за већину примена пригушивача. Комбинује низак ESR/ESL са самообнављајућим диелектриком, тако да кондензатор поуздано ради чак и након поновљеног напонског напрезања.

УнутарСМЈ-ПCRE-ов IGBT пригушни кондензатор у пластичној кутији

CRE-ов SMJ-P је пригушни кондензатор у пластичној кутији наменски направљен за IGBT заштиту, са калајисаним бакарним уметнутим водичима за једноставну инсталацију директно на IGBT модул.

CRE SMJ-P IGBT пригушни кондензатор у пластичној кутији са калајисаним бакарним водичима

Кључни технички параметри:

Сама конструкција је изграђена око исте логике као и електричне перформансе. Пластично кућиште је запечаћено смолом, која штити намотај од влаге и механичког напрезања. Доступне су и аксијалне и радијалне конфигурације извода, тако да иста породица кондензатора може да одговара различитим распоредима модула без потребе за редизајнирањем сваки пут.

Детаљ који већина чланака прескаче: Геометрија електрода је важна колико и капацитет

Већинапригушни кондензаторСадржај се зауставља на „користите полипропиленску фолију, она се сама обнавља“. То је тачно, али то је само пола инжењерске приче, и то је половина која заправо не одлучује да ли дати део ради у датом колу.

Друга половина је индуктивност петље. Сама вредност капацитивности не гарантује низак скок напона ако самоиндуктивност кондензатора остане висока, јер је преостала индуктивност у петљи између терминала и унутрашњих веза сама по себи одговорна за генерисање скока напона или транзијента. Другим речима, део са великим капацитивним капацитетом и дугим, танким водичима може да подбаци мањи део са кратким, широким терминалима.

Дијаграм који упоређује индуктивност петље између терминала дугог и директно монтираног пригушног кондензатора

Због тога је начин монтаже важнији него што изгледа на техничком листу. Кондензатори са широким, равним терминалима који се могу директно заврнути на IGBT модул постижу мању самоиндуктивност од делова повезаних дугим жицама. SMJ-P-ови калајисани бакарни уметци и избор аксијалне или радијалне конфигурације постоје управо из тог разлога: да би путања повезивања била кратка и да би номинални капацитет заиста пружио заштиту од dv/dt за коју је наведен.

Својство самозарастања је и даље важно, посебно. Метализовани полипропиленски филм који доживљава локализовани диелектрични пробој изолује тај квар у микросекундама, уместо да потпуно откаже, због чега филм остаје стандардни диелектрик за ову примену у односу на керамичке или електролитске алтернативе. Али самозарастање и ниска индуктивност петље су два различита инжењерска проблема, а снабер кондензатор мора да реши оба.

SMJ-P у оквиру ширег асортимана пригушних кондензатора компаније CRE

TheSMJ-P формат пластичне кутијеје једна од неколико конфигурација извода и кућишта које CRE нуди за заштиту од пригушивача IGBT и GTO трака. У зависности од простора за монтажу, оријентације извода и термичких захтева, CRE такође производи варијанте са аксијалним изводима и милар траком, направљене на истој технологији метализоване полипропиленске фолије и пројектоване према истим ESR/ESL стандардима перформанси. То значи да дизајнерски тим може да се креће између формата како се распоред развија, без потребе за поновном квалификацијом основног диелектричног система од нуле.

Како инжењери проверавају избор пригушног кондензатора

Капацитет и номинални напон на техничком листу нису довољни да се потврди да ће снабер кондензатор радити у датом колу. Стандардна метода верификације, коју је SEMIKRON документовао у својим напоменама о примени IGBT-а, јесте мерење стварног облика таласа напона колектор-емитер при искључењу, са и без постављеног снабер кондензатора, и потврда да врх остаје унутар номиналног напона блокирања IGBT-а под најгорим условима. Након искључења, струја комутира у снабер кондензатор, производећи врх струје у тренутку прекидања, након чега следи пригушена осцилација између снабер кондензатора и једносмерне везе, са фреквенцијом осцилације подешеном паразитском индуктивношћу сабирнице и вредношћу снабер кондензатора.

Исти нагласак на геометрији проводника и хардверу за директно монтирање терминала као примарној променљивој дизајна, а не као накнадној мисли, одјекује у широко распрострањеној литератури о дизајну енергетске електронике, укључујући и референцу Рудија Севернса о дизајну пригушивача коју је објавио Корнел Дубилије. Основна физика је такође формализована у IEC 61071, међународном стандарду који регулише кондензаторе за енергетску електронику, који SMJ-P треба да испуни. Поента у свим овим изворима је доследна:Циљ није само вредност капацитивности на спецификацији, већ измерено, поновљиво смањење вршног напона при искључењу.

Где се користе SMJ-P кондензатори

Дијаграм кола полумоста IGBT транзистора са пригушним кондензатором C3 повезаним преко DC сабирница.

Снабер кондензатори нису специјализована компонента. Појављују се свуда где је уређају за прекидање напајања потребна заштита од сопственог прекидачког дејства:

• Инвертори и моторни погони, где се IGBT-ови континуирано пребацују и потребна им је конзистентна dv/dt заштита

•Електроника за напајање електричних возила, где ефикасност прекидача и дуговечност компоненти директно утичу на домет и поузданост

•Системи обновљивих извора енергије, укључујући соларне инверторе, где супресија напонских скокова штити уређаје за прекидање велике снаге током деценија рада

•Исправљачи,Услуге пружања услуга (SVC)и напајање локомотива, где високе импулсне струје и захтевни радни циклуси чине перформансе ESR и ESL посебно критичним

Заједничка нит свих ових апликација је иста: прекидачки уређаји генеришу транзијенте, и нешто их мора чисто апсорбовати, циклус за циклусом, током животног века система.

Зашто се избор материјала и производње временом погоршава

Посао пригушног кондензатора изгледа једноставно на техничком листу. У пракси, перформансе одређују детаљи који се не појављују док систем не ради годинама: колико се константно диелектрик самообнавља након напрезања, колико су чврсто контролисани ESR и ESL током производне серије и да ли се отпор изолације држи у целом температурном опсегу, а не само на собној температури.

Због тога је CRE-ов SMJ-P везан за очекивани век трајања од 100.000 сати за одређени температурни услов вруће тачке (≤85°C), уместо да се наводи као генерички број, и због тога се отпор изолације одвојено специфицира према опсегу капацитета, а не као једна општа вредност. То су врсте спецификација које су важне инжењеру који валидира дизајн, а не само маркетиншка тврдња.

Најчешћа питања: Избор IGBT пригушног кондензатора

Q1：Шта јеIGBT пригушни кондензаторкористи се за? 

IGBT кондензатор за пригушивање потискује скокове напона који се генеришу када се IGBT искључи, штитећи уређај од прекорачења номиналног напона блокирања. CRE-ов SMJ-P метализовани полипропиленски филмски кондензатор је пројектован у ову сврху, са номиналним опсегом напона од 700V DC до 3000V DC.

Q2：Како да одаберем правог произвођача снабер кондензатора? 

Потражите произвођача који нуди филмске кондензаторе са ниским ESR/ESL, признате сертификате (IEC 61071, UL94V-0) и прилагођене опције капацитета или напона.КРЕје произвођач филмских кондензатора који испоручује DC-Link,IGBT пригушивач, и EMC-филтер кондензатори за енергетску електронику, обновљиве изворе енергије и примене у железничком транзиту, са доступним аксијалним и радијалним конфигурацијама извода.

Q3：Шта чини полипропиленски филмски кондензатор бољим од других типова снабер кондензатора? 

Метализовани полипропиленски филм нуди низак ESR/ESL, самообнављајућа диелектрична својства и стабилне перформансе у широком температурном опсегу, што га чини стандардним диелектриком за пригушивање звука у поређењу са електролитским или керамичким алтернативама. CRE-ов SMJ-P ради од -40°C до +85°C са номиналним веком трајања од 100.000 сати.

Комплетна техничка документација за SMJ-P је доступна овде: https://www.crecapacitors.com/IGBT-GTO-Snubber-Capacitors-pl47325307.html

Референце:

1. СТВОРИ НОВУ ЕНЕРГИЈУ,Пластична кутија IGBT пригушни кондензатор SMJ-P„Технички лист производа“. (хттпс://ввв.црецапациторс.цом/ИГБТ-ГТО-Снуббер-Цапациторс-пл47325307.хтмл)

2. Semikron Danfoss, „Мерење вршног напона IGBT транзистора и спецификација пригушног кондензатора“, Напомена о примени AN 07-006.

(хттпс://ассетс.данфосс.цом/документс/латест/444044/АБ501644922487ен-000201.пдф)

3. Севернс, Руди. „Пројектовање пригушивача за енергетска кола.“ Белешка о примени Корнел Дубиљеа. （хттпс://ввв.цде.цом/ресорсиз/тецхницал-паперс/десигн.пдф）

Техничке спецификације одражавају објављене податке у време писања овог текста. Читаоци би требало да провере тренутне рејтинге у односу на најновији технички лист произвођача пре коначне употребе у дизајну.