PWM) 驱动信号进行短脉冲、超频等处置

IGBT 短是变流器模块最严沉毛病,因而短也是驱动器最主要的功能[4]。图 8 为二极管式退饱和检测电,依托检测 IGBT 短时的退饱和现象,共同软件时序逻辑,可实现对 SC1(开通前处于短形态)、SC2(导通过程中短)两品种型短的靠得住。

(3)当 IGBT 发生短时,集电极电流快速上升,Vce 电压会快速退饱和前往至母线电压,此时Vce 电压 会使二极管 D1~Dn 反向截至,比力器输出为高,待短检测倒计时竣事会当即报出短毛病。此后,可编程逻辑器件会脉冲,为 IGBT 软关断,并将毛病环境反馈至上位机。

通过表 2 测试参数对比,门极电采用多品级电阻开关节制显著缩短了开通取关断延迟时间,此中关断延迟大幅缩短 46%。通过降低电流关断的速度,使杂散电感惹起的关断过电压减小约 50 V。总体来看,因影响损耗的参数获得了优化,使得开通损耗减小 60%,而关断损耗则削减了近 59%,这将降低 IGBT 运转时的温升,进而耽误其利用寿命。多品级节制电较着优化了 IGBT 的开关机能。

跨越设定工做频次的开关信号可能会导致 IGBT 热损坏,超频能避免软件错误形成的严沉后果,如图 4 所示,数字化驱动器超频阈值频次设置为 1.3 Fsw,当输入的 PWM 开关信号频次跨越设置的阈值并跨越三个周期后,如图 5 所示时序,驱动器会门极开关脉冲,同时将毛病反馈给上位机。

针对轨道交通系统中 IGBT 的利用特点,设想了基于可编程逻辑器件的数字化驱动器。测试表白,由可编程逻辑器件节制的可变电阻的多级门极开关电可无效减小开关损耗,优化了 IGBT 开关机能。别的,立异性的插手了毛病高速存储功能,可为系统毛病阐发供给靠得住根据。

将驱动器拆正在功率模块上,并对 IGBT 做短毗连。图 16 为示波器丈量到的驱动器上的实正在波形式,能够看出当输入脉冲跨越设置的短检测时间(约 8 µs)时,退饱和电检测到了短,软件当即

大部门驱动器正在 IGBT 发生毛病时通过反馈信号取上位机通信,实现系统快速。但这种体例无法鉴别毛病类型、不克不及主要节点信号(输入 PWM、输出反馈等)发生毛病时辰的形态、不克不及正在 IGBT 或驱动器发生出格严沉毛病(IGBT 烧损、驱动器烧损断电等)时记实最后形态,因而虽然演讲了毛病,但阐发缘由时仍然很是坚苦。

IGBT 驱动器是节制安拆取 IGBT 模块之间的桥梁,决定着 IGBT 可否一般、平安、靠得住的工做,是施行节制算法的环节部 件。为了实现对 IGBT 愈加精准、智能的节制以提高系统的效率以及靠得住性,带有可编程逻辑器件的数字化驱动器已获得了越来越多的使用。IGBT 部件的靠得住性严沉影响着车辆的运转次序。变流器中 IGBT 毛病后车辆只能通过切除部门动力或部门负载来维持使用,严沉影响车辆运转取乘客乘坐。目前的 IGBT 驱动器虽然具有毛病检测取毛病反馈功能,但通过毛病反馈却无法鉴别毛病类型,亦不克不及 IGBT 毛病前后驱动器各部门信号或逻辑,形成毛病的底子缘由很难阐发。因而,有需要设想带有毛病存储功能的 IGBT 驱动器,为毛病的定位取阐发供给有益的数据支持。

[1] 福尔克,郝康普.IGBT模块:手艺、驱动和使用[M].韩金刚,译.:机械工业出书社,2016.

如图 3 所示,为了短脉冲,IGBT 驱动信号 PWM_IN 经转换后入可编程逻辑器件,当呈现电平凹凸形态转换时,由软件对转换的电平形态进行计时判断。当电平维持时间短于软件设定的阈值时间tSPS,则输出脉冲 PWM_IN_FLT 连结转换前的形态不变;当电平维持时间长于设定的阈值时间,则脉冲信号输出形态进行转换。短脉冲功能可滤除较窄的开通或关断信号。

ge 脉冲,关断 IGBT,同时向上位机反馈了毛病,实现了对 IGBT的短。图 17 为芯片存储解析后的波形,取现实短时的波形时序不异,反映了存储功能精确无效。

因为采用了可编程逻辑器件,因而数字化驱动器相较于模仿化的驱动器,其电源系统愈加复杂,整个电源系统包含门极驱动电源 ±15 V、可编程逻辑器件电源 +3.3 V 取 +1.2 V、光纤电源 +5 V。其设想方案如下图 2:

IGBT 驱动信号凡是由数字信号处置(digital signal processing,DSP)或其他微节制器发生,通过电信号或者光信号传输至驱动器。因软件算法错误或者信号传输干扰可能会形成驱动信号的暂态变化,这些较短的脉冲信号会导致 IGBT 非常快速地开关,容易惹起短或其他毛病,同时也会对反并联二极管形成损害,因而必需滤除。

一般工做时,可编程逻辑芯片持续采样毛病检测电及节点信号,并正在芯片内 RAM 进行缓存,当毛病发生时,可编程逻辑芯片当即向存储芯片发送请求存储指令,将毛病前后 2 ms 时长的采样到的数据发送至存储芯片进行记实。表 1 为需要存储的毛病取节点信号:

外部曲流电压经高频变压器隔离转换成供可编程逻辑器件、光纤信号系统、门极驱动电等利用的电压。可编程逻辑器件为节制中枢,起首对由光纤输入的脉冲宽度调制 (pulse width modulation, PWM) 驱动信号进行短脉冲、超频等处置,之后通过门极开关矩阵对 IGBT 的开通取关断过程实施多级分段节制[1,3]。Vce 电对 IGBT 开关形态进行检测,当发生短时可编程逻辑器件节制门极开关矩阵对 IGBT 实施关断,并将毛病消息反馈至上位机。可编程逻辑器件正在一般工做时会对欠压检测、短检测等毛病检测电输出形态进行及时采集并进行消息缓存。当发生某种毛病时,可编程逻辑器件通过 SPI 总线取外接的存储芯片通信,将毛病前后的非常信号取波形消息写入存储芯片以供毛病阐发利用。

大部门 IGBT 驱动器利用单电阻或两电阻对 IGBT 的开通取关断进行节制,最终的取值是正在开关延迟、开关损耗、电磁干扰、关断过电压等要素分析下折中取得。现实上,IGBT 模块正在开通或关断中呈现阶段性特征,每个阶段对门极电阻值都有特定要求。

ge 被软件,IGBT 被关断,不再施行输入脉感动做,同时反馈置低向上位机演讲了毛病,实现了超频。图 15 为毛病存储芯片正在超频毛病触发时存储到的各节点信号,取示波器测试到的波形消息不异,表现了毛病存储功能的精确无效。别的,标记位也指出了毛病的类型,为缘由阐发供给了无力。

设想了可优化开关机能的多品级开关电;针对短毛病,利用欠压检测芯片进行检测并正在发生欠压毛病时进行脉冲;通过开关非常,利用退饱和电检测并连系软件时序进行;细致阐发了IGBT开关过程各阶段的分歧特征,

数字化驱动器以可编程逻辑器件为焦点,包罗电源系统、信号处置取毛病系统、门极开关电以及毛病存储等构成。其全体设想方案如图 1 所示。

T5~T6:T5 时辰,驱动器领受到 PWM 关断信号,即刻进入关断时序。投入最小的关断电阻(Roff1Roff2…Roffn), 使门极电压快速降至米勒平台,减小开通延时;

图 10 为 IGBT 模块的开通和关断过程[2],门极驱动 电阻多品级切换工做道理如下:开通过程:T0~T1:驱动器领受到 PWM 开通信号,开关矩阵切换至开通时序。此时间段为 IGBT 的开通延迟阶段,IGBT 集电极取发射极间电压Vce 及 IGBT 集电极电流IC无变化,因而正在该阶段投入最小阻值(Ron1Ron2…Ronn)的开通电阻,使 IGBT 门极取发射极间电压Vge快速上升至开通阈值Vge,th,缩短开通延迟时间;

利用波形发生器生成跨越设定频次的 PWM 波形输入驱动器以模仿毛病。从图 14 示波器丈量到的实正在波形能够看出,当输入的超频 PWM 信号跨越 3 个周期时,门极输出

利用可编程逻辑器件选择正在开通或关断的分歧阶段投入最优阻值的门极电阻,可大大优化 IGBT 模块的开关机能。如图 9 所示,门极开关矩阵由 MOSFET 构成,T1-Tn 是担任开通的 MOSFET,而 B1-Bn 是担任关断的 MOSFET。开通门极电阻可由 Ron1~Ronn 肆意组归并联取得,同样关断门极电阻可由 Roff1~Roffn 肆意组归并联取得,因而开通或关断都能够获得 2n− 1种门极电阻取值。

图 7 为欠压功能实现的过程取时序,当进入电压检测芯片 V+ 管脚的电压低于 2.63 V 阈值电压Vth 时,芯片 /REST 管脚置低,可编程逻辑芯片检测到输入欠压信号变低后当即门极脉冲,同时将毛病反馈给上位机;当 V+ 高于阈值电压Vth,且维持时间跨越 200 ms 时,/REST 管脚置高。

大功率绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)正在轨道交通牵引变流器、辅帮变流器、充电机等焦点设备中获得了普遍的使用。

利用地铁高频辅帮变流器 DC/DC 模块做为测试对象进行双脉冲试验,测试前提为:IGBT 型号 FF400R17KE4,母线 V,负载电流I= 200 A,电感负载L= 400 µH,脉冲宽度为Ton = 60 µs。图12为保守单电阻驱动器高压开关时的测试波形,图13为本文设想的多电阻驱动器高压开关的测试波形。

因而本设想正在驱动器上添加了高速存储芯片,通过 SPI 总线取可编程逻辑器件毗连[5],图 11 为数字化驱动器毛病存储电。当毛病触发时,可编程逻辑器件将毛病位及其他数据消息快速写入高速存储芯片。之后,上位机电脑通过串口通信线取可编程逻辑器件毗连,通过可编程逻辑器件读取,将高速存储芯片上记实的毛病消息发送至上位机电脑进行阐发。

驱动信号节制着 IGBT 的开关,“”或精确的信号决定 IGBT 可否平安工做,因而对进入驱动器的开关信号进行了短脉冲取超频。