2.2.2. Всплеск при восстановлении обратного диода

При восстановлении обратного диода может возникнуть перенапряжение, подобное перенапряжению при выключении IGBT. Предположим, что нижний IGBT на рис. 2.1. выключен и что ток нагрузки (I_L) протекает через обратный диод верхнего IGBT.

При включении нижнего устройства ток через обратный диод верхнего устройства (I_FWD) уменьшается, т.к. ток нагрузки начинает протекать через нижнее устройство, и становится отрицательным в течение обратного восстановления антипараллельного диода. Когда обратный диод восстанавливается, ток в шине быстро уменьшается до нуля. Данная ситуация подобна процессу выключения, описанному в разделе 2.2.1. Паразитная индуктивность шины (L_p) вызывает перенапряжение, равное , противодействуя уменьшению тока. В этом случае скорость изменения тока относится к характеристике восстановления обратного диода. Некоторые быстровосстанавливающиеся диоды могут развивать чрезвычайно высокие скорости восстановления, когда они “жестко” восстанавливаются при быстром включении нижнего IGBT. Эти условия, обычно относящиеся к “мгновенному” восстановлению, могут вызвать очень высокие переходные напряжения.

2.2.3. Совместные контуры заземления

Совместные контуры заземления возникают тогда, когда возвратный ток цепей управления затвором протекает по тому же проводнику, что и возвратный силовой ток. Во время переключений в паразитной индуктивности силовой цепи возникает напряжение из-за высокой скорости изменения силового тока. Когда это происходит, точки цепи, которые должны иметь потенциал “земли”, могут фактически иметь потенциал на несколько вольт выше. Это напряжение может появиться на затворах устройств, которые должны быть выключены, вызывая их включение. Для успешной борьбы с этой проблемой требуется внимательное отношение разработчиков к управлению затвором и цепям управления. В случае использования мощных модулей IGBT высокая скорость увеличивает трудность решения проблем, связанных с наличием совместного контура заземления. На рис. 2.3.а показана схема с изменением потенциала в совместном контуре заземления. В этой схеме возвратный ток цепи управления затвором проходит через шину (-) BUS силового питания. Эта схема пригодна для использования с низкотоковой сборкой из шести устройств, потому что они имеют минимальную индуктивность в отрицательной шине и относительно низкую скорость силовой цепи. Однако даже в этом случае рекомендуется сильное выключающее смещение 5...15 В (в случае IPM отрицательное смещение не является необходимым). При более высоких рабочих токах, напряжения индуцируемые в “земляной” шине при переключениях могут вызвать помехи в схеме на рис. 2.3а. На рис. 2.3б. показано рекомендуемое соединение драйверов для нижнего плеча, использующих один источник электропитания цепей управления затвором. В этой схеме помехи, обусловленные совместным контуром заземления, сведены до минимума путем использования вспомогательных эмиттеров и развязывающих конденсаторов в цепи электропитания каждого драйвера. Такая схема пригодна для использования модулей с номинальным током до 200 А. На рис. 2.3с представлена схема, рекомендуемая для модулей IGBT с регламентированным током 300 А и более. В этой схеме с целью устранения проблем, связанных с наличием совместного контура заземления, для каждого драйвера в нижнем плече используются отдельные изолированные источники питания.

Рис. 2.3. Устранение помех, связанных с наличием совместного контура заземления.