Când dioda se închide, sarcina stocată în ea trebuie descărcată, ceea ce duce la o creștere a curentului diod în direcția opusă. Curba acestui curent caracterizează modul de recuperare inversă a diodei.
Figura 1.19 prezintă un circuit simplu pentru măsurarea regimului.
Fig. 1,19
S - cheie ideală, IL - sursă de curent, VK - sursă de tensiune, LK - inductanță
După închiderea cheii S, curentul și tensiunea vor curge prin diodă, așa cum se arată în Fig.1.20. Acest grafic este un exemplu de recuperare a diodelor moi. Figura 1.21 prezintă exemple de caracteristici ale unui curent diodic cu o schimbare bruscă a parametrilor. Curba este explicată în figura 1.20.
Fig.1.20 Caracteristicile curentului și tensiunii procesului de recuperare a diodelor "moi" în circuitul din Fig.1.19 și definirea caracteristicilor modului de recuperare
Viteza de comutare dI / dt este determinată de tensiune și inductanță:
La momentul t0, curentul trece prin zero. La momentul două, dioda începe să se închidă. În acest caz, joncțiunea pn a diodei este eliberată de suporturile de încărcare. La tir, curentul scade la nivelul curentului de scurgere, caracteristica curentului depinde doar de diodă.
Timpul de recuperare inversă trr este determinat de intervalul dintre t0 și momentul în care curentul atinge o valoare de 20% din IRRM. Intervalele tf și ts (Fig.1.20) sunt determinate de valorile cantitative pentru modul de recuperare:
coeficientul "softness" s = tf / ts (1.2)
Această definiție nu este suficientă, deoarece caracteristica din figura 1.21a poate fi ascuțită. Caracteristica din figura 1.21b poate fi clasificată ca fiind moale, tf> ts. dar aceasta este o reducere grea.
Fig. 1.21. Caracteristicile actuale pentru două moduri de recuperare rapidă a diodelor
Mai precis, se poate găsi coeficientul de "moale"
Măsurătorile trebuie efectuate la un curent mai mic de 10% și la 200% din curentul setat. Aceasta înseamnă că curenții mici afectează foarte mult modul de recuperare inversă. Supratensiunea poate fi găsită prin lege:
Prin urmare, supratensiunile în anumite condiții de măsurare sau un impuls de tensiune VM = VK + Vind pot fi de asemenea considerate ca fiind caracteristici ale modului de recuperare inversă. Dar această definiție nu este suficientă, deoarece nu se iau în considerare următorii parametri:
- Temperatura. Temperaturile ridicate au un efect negativ asupra regimului de recuperare. Dar pentru unele diode rapide, acest mod este mai rău la temperatura ambiantă sau la temperaturi scăzute.
- Tensiunea aplicată. Înaltă tensiune încetinește recuperarea inversă.
- Rata creșterii curente dI / dt. Dependența dI / dt depinde în mare măsură de producătorul diodelor. Unele diode răspund mai ușor la creșterea dI / dt, altele - mai rigide.
Toți acești factori nu pot fi rezumați cu un singur calcul simplu. Prin urmare, circuitul din Figura 1.19 și relațiile (1.2) sau (1.3) sunt aplicabile numai pentru a explica efectul oricărui parametru asupra regimului de comutare. Evaluarea generală a modului de recuperare inversă poate fi efectuată numai pentru un anumit mod de funcționare al diodei din circuit. Un astfel de circuit de măsurare este prezentat în figura 1.22.
Viteza de comutare dI / dt este controlată de rezistorul de poartă RGon. Inductanța parazită L q 1 apare atunci când se conectează condensatoarele, IGBT și o diodă. Figura 1.23 prezintă semnalele de control IGBT și curent prin IGBT și diodă. Când IGBT este oprit, curentul de sarcină curge prin dioda inversă. Odată ce IGBT este activat data viitoare, dioda se comută simultan cu un mod de recuperare caracteristic. Când se pornește prin IGBT, trece și curentul de retur al diodei inverse. Acest proces este prezentat pentru o diodă de recuperare ușoară în figura 1.24, cu o extindere puternică a axei temporale. Figura 1.24a prezintă curba curentului și a tensiunii IGBT, precum și pierderea de putere la pornire. În figura 1.2.4b - curba curentului și tensiunii diodei inverse și pierderea de putere.
In timp ce IGBT trece prin IRPM impuls de curent invers, tensiunea pe IGBT este încă egală cu tensiunea Vk (1200 în figura 1.24). În acest caz, pierderea de putere a stării de pornire este maximă pentru IGBT.
Caracteristica de recuperare inversă a unei diode poate fi împărțită în două părți:
- Creșterea impulsului de revers și, în consecință, scăderea curentului invers cu viteza dIr / dt. dIr / dt este în dI / dt până la diodă. Curentul invers impuls al IRPM acționează asupra cheii.
- "Coada", în timp ce curentul invers scade încet la zero. Aici nu puteți defini trr. Principalele pierderi de energie ale diodelor apar în "coada" atunci când tensiunea este deja aplicată diodei. O diodă rapidă fără curent de coadă va oferi pierderi de comutare mai mici, dar poate fi inutilizabilă. În IGBT, pierderile de comutare în această fază nu sunt atât de mari, deoarece în acel moment tensiunea aplicată a scăzut deja.
Comparativ cu pierderile din IGBT, atunci când pierderea în dioda este mai mică (pierderile de comutație în dioda sunt indicate în figura 1.24 pe aceeași scală, pierderile în IGBT pe ris.1.24b). Pentru a minimiza pierderile în IGBT și în diodă, este necesar să se țină cont de un mic impuls de curent și de cea mai mare parte a încărcăturii rămase care a fost descărcată în faza de coadă. Limita este puterea maximă disipată a diodei.
Fig. 1.24. Curent, tensiune și pierderea de putere atunci când IGBT este pornit (a) și a opri dioda (b), care au fost măsurate în circuitul ris.1.22
Impulsul de recuperare a curentului invers IRPM - cel mai important parametru al diodei, care afectează pierderea globală, deci trebuie minimizat.
În aplicația standard, atunci când cheia este un modul semiconductor, inductanța parazitară L q ges este în limita a 40 nH, reducând supratensiunea rezultată. Deoarece nu există o cheie ideală, tensiunea pe IGBT va scădea la un anumit nivel în timpul fazei de recuperare. Această tensiune are forma:
unde VCE (t) este tensiunea aplicată la IGBT la momentul potrivit. De obicei, pentru diode moi de recuperare la rate de creștere moderate de până la 1500 A / ms și cu inductanțe parazite minime, V (t) este mai mică decât Vk, în orice moment, și astfel nu vor creste.
Figura 1.25 prezintă un exemplu de mod de recuperare pentru această metodă. În aceste condiții, supratensiunea în CAL-dioda comparativ cu diode, durata de viață a purtătorilor de sarcină stabilite în care difuziunea de platină, CAL-diode cu condiții de recuperare de lucru moale datorită eficacității reduse a p emițător. Diodele cu platină devin la fel de "moi" ca diodele CAL la un curent nominal (75 A).
Dar curenții mai mici vor provoca supratensiuni maxime, mai mult de 100 V la 10% din curentul nominal datorită parametrilor rapizi de comutare. Dar în diodele CAL nu vor exista supratensiuni semnificative în nici un fel.
Fig. 1.25. Voltaj de tensiune în timpul comutării în funcție de curentul de diodă înainte
Toate explicațiile suplimentare din acest manual se bazează pe următoarea definiție: Dioda funcționează în modul de recuperare moale, dacă la oricare dintre parametrii circuitului nu există supratensiuni cauzate de o scădere a curentului invers al diodei. Orice parametru este domeniul nominal al curenților, toate frecvențele de comutare ale circuitului la o temperatură cuprinsă între -50 ° C și + 150 ° C. Această definiție este corectă dacă dI / dt nu este prea mare (> 6 kA / μs) sau există o inductanță mare (> 50 nH) în circuit, care poate provoca, de asemenea, supratensiuni.
O cerință la fel de importantă pentru diodele inverse pentru o tensiune de 100 V (în ciuda regimului de comutare soft) este stabilitatea dinamică. Figura 1.24b arată că atâta timp cât curentul trece prin diodă, aproape toate tensiunile de intrare DC sunt aplicate. Dacă IGBT comută foarte rapid (poarta joasă rezistență RG) va crește din nou și curenții cozii, cu care VCE tensiune este scăzut la IGBT, care commutes dioda cu rata / dt dV mai mare. Prin urmare, densitatea curentului conductor de încărcare (gaura) operatorul de transport să fie densitatea inițială mai mare, astfel încât defalcarea are loc în semiconductor, la o tensiune de nivel de rentabilitate mult mai mic (defalcare dinamică). Pentru a gestiona aceste procese, există o caracteristică a stabilității dinamice a diodelor inverse. Stabilitatea dinamică este definită după cum urmează:
Stabilitate dinamică - capacitatea unei diode de a suporta viteze mari de comutare di / dt și tensiuni înalte în același timp.
Dacă dioda are o mică dinamică limitele de stabilitate di / dt IGBT sau funcționează numai cu un curent maxim de descărcare inversă este lăsată să crească pierderile de comutație.