Varför gick min IGBT-transistor sönder?

[Henrika]

Jag håller på med en regulator (PWM) för att kunna reglera effekten/lasten till mitt vindkraftverk. Spänningen från generatorn varierar från 0 - 200 V och lasten (elpatron) är 40 ohm. Har fått det att funka för låg spänning, typ 25V. Men när jag testade skarpt så gick igbt:n sönder. (nästan kortis mellan gate och emitter).
Har jag missat någon skyddskomponent eller något. Kan någon förklara vad som är fel eller vad som kan ha hänt?

Har skissat upp schemat (lite slarvigt)...

[4kTRB]

Vilka baskunskaper inom kraftelektronik har du?

[bearing]

Det där ser ut som ett dåligt sätt att driva en IGBT, särskilt ifall den switchas med hög frekvens (vilket frekvens används?). Gateresistorerna tillsammans med gatekapacitansen kommer då antagligen bilda ett ett lågpassfilter för PWM-signalen, så att gaten får en likspänning som varierar mellan 0 och 18 volt.

Driv istället IGBT:n med en gatedriver och ett gatemotstånd i storleksordningen 10-50 ohm. Även ifall lasten är resistiv skadar det inte att gardera sig från induktiva spikar genom att koppla en frihjulsdiod över lasten. Även en tranzorb/zenerdiod på 300V eller liknande över utgången från likriktarbryggan kan nog vara bra, eftersom att generatorns lindningarna är induktiva och kommer ge induktiva spikar när transistorn släpper.

EDIT: En till sak. En IGBT märkt 14A klarar inte 14A när den switchas i hög frekvens eftersom att den värms p.g.a Miller-effekten. Det brukar finnas en graf över ström som funktion av switchfrekvens i databladet. Vissa IGBT klarar bara 1/10 av märkströmmen vid hög switchfrekvenser.

[Henrika]

PWM-frekvensen är 400 Hz. Har du något tips på gatedriver? Skyddsdiod över lasten är ju alltid bra. Även om lasten är resistiv så är ju faktiskt generatorn induktiv och spikar uppkommer. Har alltid diod vid induktiva laster, typ relä mm. Angående IGBT-driver; kan jag driva igbt:n direkt från komparatorn(OP:n) i PWM-steget och med lågt gate-motstånd?

[bearing]

Spikarna från generatorns induktans kommer inte fångas av en frihjulsdiod över lasten, utan dom måste fångas med zenerdiod/tranzorb eller liknande. Alternativ kan du sätta en kondensator efter likriktarbryggan, så behöver du inte bry dig om spikar från generatorn.

400Hz var ju inte så mycket, då behövs nog egentligen inte en gate driver, utan det går nog bra med två transistorer kopplade i totempole på operationsförstärkarens utgång. Gatedrivers är å andra sidan inte dyra, och är enkla att använda. På ELFA kallas dom bryggdrivkretsar. Exempel: https://www.elfa.se/elfa3~se_sv/elfa/in ... &toc=19788

[Jonas L]

bearing var före, men här var vad jag tänkte skriva:

400 Hz är lågt, så där ska det inte vara några problem. Du kan nog ha ett ganska högt gatemotstånd, men det är bara att kolla IGBT:ns datablad. Välj en driver i det vanliga 8-pinnars-formatet, så finns det en från var tillverkare att välja på. T.ex den som säljs på electrokit: UCC27424P DIL-8 dual MOSFET driver.

Tåler din IGBT 18 V på gaten eller är det absolut max? Håll dig till 15 om du kan, eller 12 om det räcker för den aktuella IGBT:n.

Har du ingen kapacitans alls på din likriktade spänning? Det borde ju kunna ge alla möjliga ovanliga effekter. De induktiva spikarna från generatorn som du nämner har ingenstans att ta vägen, även om du sätter en frihjulsdiod på lasten.

[Henrika]

Tack för goda tips. Vge är max 20V.
Det känns som det är spikarna som tagit död på IGBTn. Angående PWM-signalen, när IGBT:n funkade, så såg den fin ut på gaten med oscilloskopet.
Måste erkänna att jag provkörde två ggr. Första gången med en e.lyt-kondensator över likriktarbryggan på 400V och då klarade sig IGBT:n, men kondingen blev mycket varm vilket tyder på att den hade det tufft med transienterna. Misstänker att det höll på att bli överslag i kondensatorn. Andra gången körde jag utan kondensator men det fick jag ju sota för....

Om jag använder en filterkondensator; Har ni tips på dimensionering? Är kanske vettigt att använda kondensator och varistor?

Skall ut idag och handla ny IGBT... Synd att Elfa inte har så många IGBT på lager i Göteborg. Någon som har tips om andra som ställen här i Götet.

[4kTRB]

Det är ju ganska viktigt att man håller sig inom databladets max-nivåer.

Du kanske får ta och bygga något aningen mer komponentkrävande för att
få en säker funktion. Kanske något i stil med schemat nedan och sedan ha en PWM-styrd shunt
över lasten?



http://datasheetoo.com/data-conversion/ ... agram.html

http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1045b.pdf

Retro Elektronik-Återvinning i Fjärås AB kanske har IGBT:er? Ligger i Kållered enligt gula sidan.

[limpan4all]

Skicka mig ett PM med namn och adress så skickar jag dig några IR2122 driver i DIL8 och några IRG4PC20U 600V/13A i TO-247 samt några 80EPF10 dioder 1000V/80A i TO-247, från mitt bra att ha lager...
Enda motprestationen är att du kontinuerligt dokumenterar och lägger upp resultaten här på EF.

[Jonas L]

4kTRB: Överdriver du inte komplexiteten en aning där?

Det är inget som säger att man måste ha en elektrolyt. En rejäl och pulstålig plastkonding kan kanske göra jobbet. Man för göra nån uträkning av hur stor kapacitansen måste vara, och se om det blir rimligt med en plastkonding.

_Om_ du ska ha en elektrolyt måste den vara så stor att den tåler rippelströmmarna från både generatorn (kommuteringar) och lasten (PWM). Om du seriekopplar lasten med en drossel och ordnar en frihjulsdiod kan du minska den delen av ripplet.

[prototypen]

Håller med JonasL, elektrolyter har en tendens att ge upp i sådana kopplingar, Det finns plastkondingar som tål hög rippelström (jag har varit inblandad i ett sådant proj).

Protte

[Henrika]

Limpan4All: Tack för vänligheten! Men idag har jag varit på Elfa och fått tag i komponenter. Måste komma till skott nu när det blåser...
Har fått det hela att funka nu, det blåser byig vind idag så det är svårt att få bra mätdata. Jag återkommer med uppdaterat schema. Har ännu inte vågat pressa IGBT:n över 100 V, men det är bara en tidsfråga. Jag väntar på starkt mod!
Kör nu med en e-lyt på 200uF 400V över likriktarbryggan. (Med stor respekt för exploderande kondensatorer...)

Antar att ni menar polyesterkondensatorer när ni pratar om plastkondingar. Någon som vet vad man skall dra till med för storleksordning. Man kan väl inte välja för stor? Vilka typer av kondensatorer är pulståliga?

[rehnmaak]

Du behöver egentligen ingen kondensator alls. Om du har problem med transienter vid switchning pga induktans så kan du klämma dit polypropylenkondensatorer 1nF-1uF beroende på hur mycket induktans du har i kretsen. Troligen behövs ingen alls.

Dock kan du behöva sätta en liten kondensator tvärs äver transistorn på någon nF för att dämpa transienter lite.

[kimmen]

Säkert?

En generator har väl skitmycket induktans i sammanhanget och att sätta en rätt stor kondensator på likriktarens utgång är nog lösningen.

Rippelströmmen i den blir ju ett par ampere så man får se till att inte snåla för mycket på dess tålighet för sånt.

[Henrika]

Att det behövs en kondensator för att få bort induktionsspikarna har jag fått erfara. Antar att jag också minskar störningar.