IGBT: el componente central del inversor de potencia

IGBT es un tipo de dispositivo de potencia, que asume la función de conversión de potencia y transmisión de energía en el inversor de potencia. Es el corazón del inversor. Al mismo tiempo, IGBT también es uno de los componentes menos confiables del inversor de potencia. Es muy sensible a la temperatura, voltaje y corriente del dispositivo. En caso de que se exceda incluso un poco, se vuelve incompetente y no se puede reparar. El daño de IGBT significa que el inversor debe ser reemplazado o revisado. Por lo tanto, IGBT es el objeto de protección clave del inversor de potencia.

Lo anterior son los tres modos de falla de IGBT. La falla eléctrica es la más común, porque IGBT asume la función de conversión de corriente y voltaje, y la frecuencia es muy alta. Un circuito principal IGBT demasiado alto, un voltaje de activación demasiado alto o un pico de voltaje externo demasiado alto pueden causar daños por sobrevoltaje. Además, sobrecarga o cortocircuito del inversor de corriente puede causar sobrecorriente. El segundo es el fallo de temperatura. El IGBT genera mucho calor durante la operación. Si el calor no se puede disipar a tiempo, puede dañarse por sobrecalentamiento. Es probable que la falla mecánica se genere en los procesos de fabricación, procesamiento, transporte e instalación. Tal condición es bastante rara.

1. Protección de la unidad IGBT
El IGBT en sí mismo es un dispositivo de conmutación de corriente. Cuándo se enciende, cuándo se apaga, cuánto tiempo está encendido o apagado es controlado por la CPU del inversor. Sin embargo, el DSP emite una señal PWM, que tiene una velocidad rápida pero una potencia insuficiente. La función principal del controlador es amplificar la señal PWM.

El IGBT controla una corriente de alta frecuencia muy alta y genera la señal de interferencia electromagnética. Además, dado que el controlador está cerca del IGBT, el circuito de conducción debe tener una función de aislamiento. En la actualidad, los esquemas de aislamiento de conducción incluyen el optoacoplador, la fibra óptica, el transformador de pulso, el acoplamiento magnético, etc. Las ventajas y desventajas de cada método son las siguientes:

2. Protección contra sobrecorriente/cortocircuito IGBT
Al diseñar el IGBT, a la corriente generalmente se le da un margen de más del 10%. Sin embargo, cuando el inversor de potencia está funcionando, debido al cortocircuito del componente y la carga, la falla del lado de la carga provoca una sobrecorriente y el lado de la carga tiene una carga inductiva particularmente grande. Al arrancar y parar, habrá una alta corriente armónica. En este momento, la corriente de salida del inversor aumentará considerablemente, lo que hará que la corriente de funcionamiento del IGBT aumente considerablemente. El cortocircuito de IGBT se divide en dos casos: La corriente pasante se produce en el brazo del puente del convertidor, lo que se denomina cortocircuito de tipo I. El punto de cortocircuito del convertidor se produce en el lado de la carga y la impedancia de cortocircuito equivalente es alta, lo que se denomina cortocircuito de tipo II. El cortocircuito de tipo II generalmente se puede considerar como una sobrecorriente grave en el inversor. Cuando se produce un cortocircuito, si no se toman las medidas pertinentes, el IGBT entrará rápidamente en desaturación y el consumo de energía transitorio superará el límite y se dañará, ya que el IGBT solo puede soportar la sobrecorriente durante unos pocos microsegundos. Por lo tanto, cuando ocurre un cortocircuito, el IGBT debe apagarse lo antes posible y la velocidad de apagado debe ser suave, para garantizar que la tasa de cambio de corriente esté dentro de un cierto rango, evitando así que el voltaje sea corta demasiado rápido, lo que hace que la tensión de tensión supere el límite y dañe el IGBT. El esquema de sujeción activa cuenta con la medida de respuesta rápida, que permite que el controlador IGBT opere lo más rápido posible.

3. Protección contra sobretemperatura IGBT
Cuando la temperatura ambiente del inversor de potencia es demasiado alta, o el inversor tiene una disipación de calor deficiente, el sobrecalentamiento continuo dañará el IGBT. Si el dispositivo continúa teniendo un cortocircuito, la energía generada por la alta corriente provocará un aumento de la temperatura. Si la temperatura del chip supera la temperatura intrínseca del silicio (alrededor de 250 °C), el dispositivo perderá su capacidad de bloqueo y el control de la puerta no estará protegido, lo que provocará una falla del IGBT. Se consideran principalmente dos aspectos en el diseño: primero, fortalecer y mejorar la condición de disipación de calor del tubo IGBT, incluido el diseño del conducto de aire, el diseño y la producción del disipador de calor, y fortalecer la refrigeración, etc. segundo, diseñe el circuito de protección de detección de sobrecalentamiento, adopte el termistor incorporado en el módulo IGBT para medir la temperatura de disipación de calor IGBT. es muy preciso Cuando la temperatura exceda el valor establecido, el IGBT se apagará para dejar de funcionar.

4. Protección contra fallas mecánicas IGBT
Para facilitar la disipación del calor, el IGBT se conecta mediante tornillos y se monta en el radiador. La fuerza de conexión de este tornillo es muy particular, por lo que debe ser adecuada. Si la fuerza es demasiado fuerte, dañará el IGBT. Si la fuerza es demasiado ligera, durante el proceso de transporte e instalación, la vibración causará un contacto deficiente, la resistencia térmica aumentará y el dispositivo sufrirá daños por exceso de temperatura. Para instalar el IGBT, se utilizará un destornillador especial. Según el modelo de IGBT, se utiliza el par correspondiente para garantizar que el IGBT esté firmemente conectado y no se dañe fácilmente.

Conclusión
IGBT es el dispositivo más sensible y vulnerable en el inversor de potencia. Al mismo tiempo, también es el componente más caro y crítico del inversor, y se deben tomar muchas medidas diferentes para protegerlo.