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怎么解决IGBT在关短的时候母线电压上的尖峰脉冲

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出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 10:26:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 yaodp 于 2016-4-12 16:05 编辑


三相整流后的直流母线电压是540V左右,这里用的IGBT全桥驱动一个变压器负载L(变压器升压驱动臭氧管),IGBT用的PWM驱动,频率最高20K,现在测试在IGBT关短时候母线有个很高的尖峰脉冲(甚至超过1000V),烧掉了很多IGBT,现在用的IGBT是1700V,空载的时候也有脉冲电压,后面用2组RCD来吸收(RCD的参数也试了多种),效果很不理想,现在看看大家搞过这个的有什么好的解决办法!谢谢!


----------------------------------------后加RCD吸收图--------------------------------------




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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出330入0汤圆

发表于 2016-4-12 10:26:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 zcllom 于 2016-4-12 11:14 编辑

IGBT关断时,在极短的瞬间,电流突变,在回路中的感性元件的作用下形成尖峰:Vpeak=L*(di/dt)。
常规的解决办法:
1、加大压接在IGBT正负端子上的薄膜吸收电容,如:0.22uF/1200V加大到1uF/1200V
2、延长关断时间,比如:加大IGBT门极驱动电阻,例如:10欧加大到15欧。设计时,可以用两个门极驱动电阻,分别控制IGBT的开通和关断。这样可以调整IGBT开通、关断时间到理想的状态,一般来讲,散热做的好的话,关断稍微长一点没关系,比如2uS。
3、有源箝位技术,思路是:在IGBT两端尖峰电压高到一定程度时,开通一下IGBT,泄放掉这个尖峰,然后立即关掉。这个控制不是很好做,但有些变频器公司在用,比如英威腾,你可以拆他们的机器看看。

4、重点:很有可能你们的高压直流叠层母排没有设计好,这个东西太关键、太关键、太关键了,重要的词说三遍!经验丰富的结构工程师设计的叠层母排效果立竿见影,比一般人员设计的叠层母排母线尖峰少100多伏甚至好几百伏。
举个例子:变频器做短路试验,在运行过程中,输出三相用大接触器短路,IGBT的保护关断通常造成极高的尖峰,我们当时标准定的很严,超过1200V乘以90%=1080V,就算不过。经过好多个回合的改良,才算通过。几十千瓦的变频器短路尖峰能控制在980V以下。

从图上看还有个问题:
采用一个薄膜吸收电容的标准做法是:直接压接在IGBT正负端子上,而采用RCD组合吸收,标准做法通常是:它们位于IGBT的上下桥公共输出端!不是在IGBT正负极上。
像上图这样的(我知道实物应该是,每一个RCD靠近每一个IGBT),但RCD没有位于IGBT上下桥公共输出端,在有尖峰的情况下,远水救不了近火。

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 10:52:51 | 显示全部楼层
lz为了节约平滑电容?并且104应该大了。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 11:05:43 | 显示全部楼层
shian0551 发表于 2016-4-12 10:52
lz为了节约平滑电容?并且104应该大了。

不懂平滑电容,用的都是CBB无感,0.01-1uf的都试过,不计成本!

出330入0汤圆

发表于 2016-4-12 11:19:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 zcllom 于 2016-4-12 11:27 编辑

二极管的方向也有问题,你可以想像一下电压尖峰吸收、释放回路。
应该是快速吸收!缓慢释放。
尖峰产生了,情况紧急,要立即处理掉,那么就需要快速处理通道————二极管通往电容的通道。
过后,电容上叠加的电压怎么办?电容要复位的,以便吸收下一次尖峰。因此走另一条通道————电阻消耗掉一部分,释放到母线上一部分。
所以二极管貌似反了。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 11:37:00 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 11:19
二极管的方向也有问题,你可以想像一下电压尖峰吸收、释放回路。
应该是快速吸收!缓慢释放。
尖峰产生了, ...

是的,RCD中二极管确实画反了,谢谢指正!参考别的变频器电路,没看方向!

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 13:13:41 | 显示全部楼层
来学习下,帮顶!

出0入211汤圆

发表于 2016-4-12 13:23:31 | 显示全部楼层
楼主,这个问题想解决,凭电路是不够的,最好能上实物图,然后还要配合IGBT的CE端波形

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 13:37:28 | 显示全部楼层
hushaoxin 发表于 2016-4-12 13:23
楼主,这个问题想解决,凭电路是不够的,最好能上实物图,然后还要配合IGBT的CE端波形 ...

实物没电路直观吧

出0入211汤圆

发表于 2016-4-12 13:39:25 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-12 13:37
实物没电路直观吧

看布局,这个很重要,如果纯粹电路能解决问题,要工程师干吗,让教授们提方案就行啊

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 13:59:52 | 显示全部楼层
需要有源钳位,你可以看看这家公司的介绍,他们有专门的片子(驱动板)。

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出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 14:10:48 | 显示全部楼层
电感 关断 肯定会产生高压 ,母线上有电感吗 LI 上的反电动势  是不是过高

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 14:19:17 | 显示全部楼层
二楼回答的教科书一样 刚刚的

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 14:21:42 | 显示全部楼层
mark一下 这个精华回答

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 14:34:33 | 显示全部楼层
hushaoxin 发表于 2016-4-12 13:39
看布局,这个很重要,如果纯粹电路能解决问题,要工程师干吗,让教授们提方案就行啊 ...

明白了,RCD布局最关键,另外VCE只用指针表看过最大电压,用示波器抓图老是干掉IGBT,不知道用示波器怎么测VCE?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 14:38:05 | 显示全部楼层
banye2010 发表于 2016-4-12 13:59
需要有源钳位,你可以看看这家公司的介绍,他们有专门的片子(驱动板)。 ...

谢谢,这个有源箝位的你们用过吗?
我们现在也用MOS测试有缘箝位!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 14:39:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 yaodp 于 2016-4-12 14:40 编辑
Vmao 发表于 2016-4-12 14:10
电感 关断 肯定会产生高压 ,母线上有电感吗 LI 上的反电动势  是不是过高


这个是IGBT关断产生的过压,和负载反电动势不是一回事

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 14:39:58 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-12 14:38
谢谢,这个有源箝位的你们用过吗?
我们现在也用MOS测试有缘箝位!

没用过。只是看过这个资料,给你发了

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 14:40:39 | 显示全部楼层
感性负载你关断就会产生高压

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 14:41:00 | 显示全部楼层
banye2010 发表于 2016-4-12 14:39
没用过。只是看过这个资料,给你发了

收到了,正在看,谢谢!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 14:46:44 | 显示全部楼层
Vmao 发表于 2016-4-12 14:40
感性负载你关断就会产生高压

是的,其实就是二楼说的,只要有很小的负载电感,都会造成这个过压,最主要的是这个△di/dt;
我这个负载时一个变压器,电感也不小了!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 15:06:26 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 10:49
IGBT关断时,在极短的瞬间,电流突变,在回路中的感性元件的作用下形成尖峰:Vpeak=L*(di/dt)。
常规的解决 ...

看来是搞电源的专家啊,感谢指点!
1.RCD布局确实没有考虑这么周全,是就进设计在IGBT的周边;
2.也在测试MOS管有源缓冲电路,还没有搞清楚;
3.母线的布线也是主观画的,没有弄过逆变,还真的没有一点经验啊!
英威腾的哪款有这个有源箝位的技术?方便透露一下吗?

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 15:24:48 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-12 15:06
看来是搞电源的专家啊,感谢指点!
1.RCD布局确实没有考虑这么周全,是就进设计在IGBT的周边;
...

INVT都是吸收电容吸收尖峰电压的,与直流母线排布有关,尽量+ -母线重叠,杂撒电感才比较小,你这种RCD吸收,INVT没用过

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 15:40:07 | 显示全部楼层
二楼的回答我给打99分,不给100分是因为 最后一行 (我知道实物应该是,每一个RCD靠近每一个IGBT)这句有点歧义。我很认真看的哦~~

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 15:49:10 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 10:49
IGBT关断时,在极短的瞬间,电流突变,在回路中的感性元件的作用下形成尖峰:Vpeak=L*(di/dt)。
常规的解决 ...

干货,顶!

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 15:53:43 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 10:49
IGBT关断时,在极短的瞬间,电流突变,在回路中的感性元件的作用下形成尖峰:Vpeak=L*(di/dt)。
常规的解决 ...

从图上看还有个问题:
采用一个薄膜吸收电容的标准做法是:直接压接在IGBT正负端子上,而采用RCD组合吸收,标准做法通常是:它们位于IGBT的上下桥公共输出端!不是在IGBT正负极上。
像上图这样的(我知道实物应该是,每一个RCD靠近每一个IGBT),但RCD没有位于IGBT上下桥公共输出端,在有尖峰的情况下,远水救不了近火。

总感觉上边这一段说反了。。。。。。。。

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 15:58:27 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 10:49
IGBT关断时,在极短的瞬间,电流突变,在回路中的感性元件的作用下形成尖峰:Vpeak=L*(di/dt)。
常规的解决 ...

总结的不错

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 16:06:25 | 显示全部楼层
coslight_dt 发表于 2016-4-12 15:40
二楼的回答我给打99分,不给100分是因为 最后一行 (我知道实物应该是,每一个RCD靠近每一个IGBT)这句有点 ...

应该表达的意思是图二

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 16:06:50 | 显示全部楼层
PCBBOY1991 发表于 2016-4-12 15:53
从图上看还有个问题:
采用一个薄膜吸收电容的标准做法是:直接压接在IGBT正负端子上,而采用RCD组合吸收 ...

应该要表达的意思是图二

出330入0汤圆

发表于 2016-4-12 16:07:44 | 显示全部楼层
楼主最好把主回路实物部分拍照,然后发上来看看。如果主回路设计过于随意,那么你控制电路做到再好、吸收做的再好、也没用,白白浪费时间。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 16:08:54 | 显示全部楼层
kydl2345 发表于 2016-4-12 15:24
INVT都是吸收电容吸收尖峰电压的,与直流母线排布有关,尽量+ -母线重叠,杂撒电感才比较小,你这种RCD吸 ...

叠层好是就是说正负主线上下板要尽量重合?

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 16:12:01 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 10:49
IGBT关断时,在极短的瞬间,电流突变,在回路中的感性元件的作用下形成尖峰:Vpeak=L*(di/dt)。
常规的解决 ...

高手!!

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 16:14:06 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 16:07
楼主最好把主回路实物部分拍照,然后发上来看看。如果主回路设计过于随意,那么你控制电路做到再好、吸收做 ...



箭头处是个电流互感器

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出330入0汤圆

发表于 2016-4-12 16:14:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 zcllom 于 2016-4-12 16:18 编辑
yaodp 发表于 2016-4-12 16:08
叠层好是就是说正负主线上下板要尽量重合?


看楼主发的PCB图,做的是小功率,这一层需改写。
初一看,上图有多处明显BUG。4点30下班,回家再看。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 16:19:08 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 16:14
看楼主发的PCB图,做的是小功率,这一层需改写。
初一看,上图有多处明显BUG。4点30下班,回家再看。 ...

是小功率的,直流母线从整流出来是不是都要叠层走线?

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 16:30:06 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-12 16:14
箭头处是个电流互感器

直流母线感觉有点绕,线路自感比较大,其实可以把四个IGBT并排放下的。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-12 16:33:43 | 显示全部楼层
PCBBOY1991 发表于 2016-4-12 16:30
直流母线感觉有点绕,线路自感比较大,其实可以把四个IGBT并排放下的。

初次设计电源,啥也不懂!
看着这样放4个IGBT比较好走线。

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 17:01:58 | 显示全部楼层
几十安的电流,直接用无感电容吸收。 驱动电路不能太硬了,串个R,调调参数让关断时有个坡度

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 17:54:35 | 显示全部楼层
我的IGBT H桥,感性负载。实测Vce大概是电源电压的160%
也是第一个IGBT的项目,借地求指教

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出5入0汤圆

发表于 2016-4-12 17:58:45 | 显示全部楼层
向大神学习

出0入0汤圆

发表于 2016-4-12 18:22:58 | 显示全部楼层
果断收藏,总结的不错,经验之谈

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 09:23:17 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-12 16:14
看楼主发的PCB图,做的是小功率,这一层需改写。
初一看,上图有多处明显BUG。4点30下班,回家再看。 ...

感谢zcllom在二楼的回答,很是受益啊!
有时间给指点一下上面的PCB呗,大功率和小功率的布线有什么注意的,要是有PCB图借鉴就更好了!

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 10:06:55 | 显示全部楼层
主回路为什么不用谐振电路呢?这样选频更好。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 10:21:53 | 显示全部楼层
tianfish871216 发表于 2016-4-13 10:06
主回路为什么不用谐振电路呢?这样选频更好。

谐振电路是哪种,选频更好是什么意思

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 14:00:08 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-13 10:21
谐振电路是哪种,选频更好是什么意思


变压器起次级驱动臭氧管的等效电路应该串联谐振或者并联谐振吧。
负载纯电感电压相位差90,并且在IGBT关断时电流最大而且dI/dt符号由正变为负。
IGBT关断瞬间脉冲尖峰应该为电感的感应电压和直流电源之和。所以就可能超过1000V。
不知道是否理解的正确?

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 15:24:09 | 显示全部楼层
tianfish871216 发表于 2016-4-13 14:00
变压器起次级驱动臭氧管的等效电路应该串联谐振或者并联谐振吧。
负载纯电感电压相位差90,并且在IGBT关 ...

臭氧管的等效应该是对的,听说是容性负载

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 15:30:09 | 显示全部楼层
tianfish871216 发表于 2016-4-13 14:00
变压器起次级驱动臭氧管的等效电路应该串联谐振或者并联谐振吧。
负载纯电感电压相位差90,并且在IGBT关 ...

这个L1上关短时候的反向电压没有测过

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 16:03:58 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-13 15:24
臭氧管的等效应该是对的,听说是容性负载

那主回路的等效电路就是串联谐振电路。我们的装置的电路也是这样。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 16:19:44 | 显示全部楼层
tianfish871216 发表于 2016-4-13 16:03
那主回路的等效电路就是串联谐振电路。我们的装置的电路也是这样。

是的,你们也是做臭氧电源吗?我们刚开始做!

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 16:33:39 | 显示全部楼层
做电焊机 4颗IGBT做全桥 吸收电路简单的阻容吸收 每个管子一组
电容用高压电容3K471 电阻3w20欧姆

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 16:42:34 | 显示全部楼层
jianplx 发表于 2016-4-13 16:33
做电焊机 4颗IGBT做全桥 吸收电路简单的阻容吸收 每个管子一组
电容用高压电容3K471 电阻3w20欧姆 ...

多谢分享,电焊机用RC吸收效果怎样啊?

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 16:42:51 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-13 16:19
是的,你们也是做臭氧电源吗?我们刚开始做!

我没有做臭氧电源,我做的感应加热电源。那个和这个的原理差不多。我同学有做这个的,我们一个导师。现在还没有毕业,正在做实物呢!

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 16:45:56 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-13 16:19
是的,你们也是做臭氧电源吗?我们刚开始做!

你们的电源升压到几万V,功率多大?我们老师现在有个项目就是用到这个。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-13 16:51:50 | 显示全部楼层
tianfish871216 发表于 2016-4-13 16:45
你们的电源升压到几万V,功率多大?我们老师现在有个项目就是用到这个。 ...

变压器是10倍的,输出是5000V,功率目前是做2KW

出0入42汤圆

发表于 2016-4-13 17:26:18 | 显示全部楼层
围观学习一下

出0入0汤圆

发表于 2016-4-13 20:02:31 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-13 16:42
多谢分享,电焊机用RC吸收效果怎样啊?

全桥桥臂上看 效果还可以容忍

出330入0汤圆

发表于 2016-4-13 23:25:57 | 显示全部楼层
本帖最后由 zcllom 于 2016-4-13 23:32 编辑
yaodp 发表于 2016-4-12 16:14
箭头处是个电流互感器


从布局上看,高压母线支撑电容组件,“P”、“N”(螺栓型,一般是两两一组,还要放电阻均压),被甩到了边上,没有发挥其最佳效用。
最好能调整摆放位置,让电流进进、出出都尽量从它脚边走(有的时候布局没有办法了,那只好不惜绕一下走线到它的脚边),在波涛汹涌的大电流路径中,起到定海神针的作用。
另外楼主做这种高压功率型产品,一定要研究清楚安规上的电气间隙、爬电距离————强对强、强对弱、强对大地。
搞清楚自己产品所在现场环境的污染等级。污染等级高的地方,这些距离都要求增大。
记得工业上要求能耐污染等级2吧,那么强对强的电气间隙要有3.5mm(开槽也要满足)、爬电5mm(开槽可以不用满足)。强对弱爬电要做到8mm(开槽不用满足,但电气间隙要满足5mm)。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2016-4-14 09:27:58 | 显示全部楼层
zcllom 发表于 2016-4-13 23:25
从布局上看,高压母线支撑电容组件,“P”、“N”(螺栓型,一般是两两一组,还要放电阻均压),被甩到了 ...

感谢zcllom这么晚了还在看!
1、电容应该在主回路中做支撑,而不能被旁路,它要提供大电流;
2、安规,这个在电源里确实是最重要的,有这方面的国标吗?还有这个电气间隙和PCB厚度有关系吗?比如强强之间是3.5mm,是不是说也要保证PCB厚度上下也要至少3.5mm?

出0入0汤圆

发表于 2016-10-12 16:08:46 | 显示全部楼层
lpfswadr 发表于 2016-4-12 17:54
我的IGBT H桥,感性负载。实测Vce大概是电源电压的160%
也是第一个IGBT的项目,借地求指教 ...

感觉不错的图
清爽~
Mark 一下》

出0入0汤圆

发表于 2018-4-12 01:20:32 | 显示全部楼层
刚好用的上,学习一下!!!

出0入0汤圆

发表于 2018-4-12 08:30:47 | 显示全部楼层
学习了

出10入10汤圆

发表于 2018-7-6 09:29:24 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2016-4-14 09:27
感谢zcllom这么晚了还在看!
1、电容应该在主回路中做支撑,而不能被旁路,它要提供大电流;
2、安规,这 ...

楼主后续问题解决了吗

出0入0汤圆

发表于 2018-7-14 02:53:27 来自手机 | 显示全部楼层
Mark 一下

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2018-7-14 08:01:34 | 显示全部楼层
szxszx 发表于 2018-7-6 09:29
楼主后续问题解决了吗

常规加电容吸收

出10入10汤圆

发表于 2018-7-14 08:30:20 | 显示全部楼层
yaodp 发表于 2018-7-14 08:01
常规加电容吸收

谢谢,明白了。
就是如楼主图2所示:在IGBT的C、E脚加RCD吸收电路,并且加大了吸收电容的容量。

出0入0汤圆

发表于 2018-7-14 10:11:22 | 显示全部楼层
zcllom是高人啊。

出0入0汤圆

发表于 2018-7-30 13:40:50 | 显示全部楼层
学习了,感谢分享!

出0入0汤圆

发表于 2019-3-19 11:46:17 | 显示全部楼层
学习收藏,大神指导很到位

出0入14汤圆

发表于 2020-7-8 13:41:19 | 显示全部楼层
学习学习学习
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