1. 運(yùn)行過程中的dv/dt特性分析
(1)波形邊沿疊加特性
驅(qū)動器類IGBT控制方式,特別是變頻器類,有無PG V/f 控制、帶PG V/f控制、無PG矢量控制、帶PG矢量控制等等不同的控制方式和術(shù)語描述,總結(jié)來說為三大類:VF、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量控制。不同的控制方式發(fā)波方式會有所差別。
同時抓取上橋T1、T3、T5的Vce波形,來綜合說明驅(qū)動器運(yùn)行過程中的Vce的發(fā)波模式。
發(fā)波模式示意圖
- 模式1:剛啟動或0HZ運(yùn)行時,三個管子的邊沿(上升沿或下降沿)重疊在一起;
- 模式2:隨著運(yùn)行頻率的增加,三個管子波形逐漸錯開,兩個管子的邊沿(上升沿或下降沿)重疊在一起;
- 模式3:速度穩(wěn)定時,三個管子邊沿交錯開,無疊加出現(xiàn);
- VF模式控制:模式1和模式2;
- 其他模式控制:模式2和模式3;
(2)干擾影響分析
(3)干擾強(qiáng)度比較
因工作在模式1和模式2,所以VF控制下的噪聲量級比其他控制方式下的更強(qiáng),特別是0HZ或低頻運(yùn)行時。
(4)同一驅(qū)動參數(shù)下dv/dt隨輸出電流變化的特性
turn on (下降沿)與turn off(上升沿)的dv/dt的特性總結(jié)如下:
- 上升沿與下降沿在電流過零點(diǎn)處的dv/dt最大;
- 上升沿的dv/dt在電流正半周比在負(fù)半周大;
- 上升沿的dv/dt在電流正半周內(nèi)隨電流的增大逐漸變小,電流最大時dv/dt最??;
- 下降沿的dv/dt在電流負(fù)半周比在正半周大;
- 下降沿的dv/dt在電流負(fù)半周內(nèi)隨電流絕對值變大逐漸變小,電流絕對值最大時dv/dt最小;
- 上升沿的dv/dt在電流負(fù)半周期內(nèi)隨電流絕對值變大而變大;
- 下降沿的dv/dt在電流正半周期內(nèi)隨電流變大而變大;
2. IGBT Vce噪聲源抑制方法
經(jīng)過以上分析,有以下四種抑制方法:
- 0HZ或低頻不發(fā)波,或啟動頻率提高(如1HZ以上才發(fā)波);
- 降低五段發(fā)波與七段發(fā)波的運(yùn)行切換點(diǎn),降低有效發(fā)波次數(shù);
- Vce邊沿交錯控制最小化dv/dt,使得干擾電流峰值最低,同時對損耗沒有影響;
- Vce邊沿變緩設(shè)計;
- 固定參數(shù)設(shè)計----應(yīng)用較多,一般負(fù)載越重開關(guān)損耗越大,與EMI互為矛盾點(diǎn),需要權(quán)衡;
- dv/dt在線調(diào)整控制,最優(yōu)化EMI與損耗的折中設(shè)計;
3. Vce邊沿交錯控制
邊沿交錯控制的本質(zhì)是增大各個管子開通關(guān)斷的時間間隔,使得各個電壓波形邊沿不重疊,降低dv/dt,從而減小干擾。
(1)設(shè)計點(diǎn)
改變死區(qū)時間來完成邊沿交錯的控制,但要注意時間不宜過大,一般錯開共模電流第一個波峰寬度就可以了。
邊沿交錯控制示意圖
(2)負(fù)面影響
因死區(qū)時間的調(diào)節(jié)控制,可能帶來驅(qū)動器輸出電流的非正弦化,需要額外的手段進(jìn)行正弦化的處理。
(3)應(yīng)用場合
特定場合。
4. dv/dt在線調(diào)整控制
因電機(jī)負(fù)載的電感特性,使得IGBT開關(guān)動作時,電流不會立即降為零,需要等到CE兩級的載流子逐漸消失后,才能徹底的關(guān)斷,電感中的電流變化影響著IGBT的turn on與turn off時間。線調(diào)整控制的本質(zhì)是找到dv/dt與輸出電流的周期性變化規(guī)律,從而設(shè)計出適合的驅(qū)動參數(shù),使得EMI與損耗最優(yōu)化。實(shí)際測試中也發(fā)現(xiàn)dv/dt與驅(qū)動參數(shù)及輸出電流大小等因素相關(guān)。
- 驅(qū)動器不接電機(jī),dv/dt測量很穩(wěn)定,在不同運(yùn)行頻率下測得的結(jié)果都一樣;
- 驅(qū)動器接電機(jī)(空載與加載),dv/dt隨電流的變化而變化。在相同的IGBT的g極驅(qū)動參數(shù)下,電流越大dv/dt越??;
(1) 設(shè)計點(diǎn)
由變化過程中過零點(diǎn)為dv/dt最大點(diǎn),保證過零點(diǎn)dv/dt滿足EMI要求,再根據(jù)輸出不同電流動態(tài)調(diào)整dv/dt,使得趨近于過零點(diǎn)的dv/dt。其驅(qū)動控制電路示意圖參見圖16,dv/dt的驅(qū)動參數(shù)設(shè)計方向參見圖17。
圖16 驅(qū)動控制電路示意圖
圖17 dv/dt設(shè)計方向-上升沿dv/dt設(shè)計
圖17 dv/dt設(shè)計方向-下降沿dv/dt設(shè)計
(2)dv/dt在線調(diào)整控制的優(yōu)點(diǎn)
- dv/dt在整個周期內(nèi)為滿足EMI需求的最大值,大大減小了開關(guān)損耗,最優(yōu)化EMI與損耗的設(shè)計;
- 不需要在IGBT的E級上串電感,而引發(fā)的諧振風(fēng)險;
(3)G級驅(qū)動部分,有以下兩種實(shí)現(xiàn)方法
- 采用不同的驅(qū)動參數(shù)組合;
- 采用柵極電流控制芯片;
(4) 負(fù)面影響
增加控制電路與電流檢測電路,成本增加,控制稍復(fù)雜;
(5) 應(yīng)用場合
通用。
5. 應(yīng)用案例調(diào)查
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