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我的半桥IGBT输出死区怎么就没有了?

这是一个超声波电源,逆变部分使用半桥结构,硬开关,IGBT参数为60A/1350V。DC直流用降压型IGBT斩波器获得。该电路在DC180V以下可以稳定可靠工作,但是只要超过200V后,上电工作必然爆管子,基本上是半桥的IGBT爆,其中上桥臂的IGBT爆管概率更高一些,下桥臂IGBT不一定爆。斩波的IGBT一般不爆。

IGBT驱动电路用的是EXB841,采用官方文档推荐的接法。负载是一个20Khz的超声波换能器。这个电源在大约500W功率左右可以24小时连续工作。

用示波器测量驱动波形,在不给半桥供电的情况下,两路半桥驱动波形没有问题,如下图所示,有足够的死区,死区时间大约8us。蓝色曲线是上桥臂,黄色曲线下桥臂。示波器是泰克TDS2120。

给半桥供电,发现上桥臂的驱动波形变了:一是电压值变了,应该是受半桥电压基准变高的原因;二是下管关闭后和上管开通前的死区没了,如下图所示

但是分别测量(即只用一个表笔测,不同时测两路)两路驱动波形,波形又是正常的,如下图所示,两路之间是有明显的死区的。不过上管驱动波形在负压有一个明显的毛刺,正对应下管关闭的时候。难道是下管关闭导致的上管提前开通?

然后在带载的情况下(接上超声换能器)测量集电极和发射极电压Vce波形,发现完全没有死区,每个IGBT开通时间基本就是50%。即使把两路驱动波形Vge之间死区时间调的很宽,Vce波形也没有任何变化,没有死区时间。

放大波形,发现大约有200ns的共通时间。

这个应该就是爆管的原因。IGBT可以承受短时间的短路,但是电流过大短时间也会损坏。这就能解释为什么低压时可以一直正常工作,电压一高就爆管。

我的问题是,明明两路驱动波形的死区已经足够宽了,但是两路输出Vce之间就是没有死区,不论采取调节吸收电路阻容参数、调整栅极电阻、栅极电阻反向并联快恢等措施,都不能丝毫改变IGBT开通时间为50%的现象。半桥IGBT的输出死区怎么就消失了呢。斩波IGBT的开通时间倒是严格受到PWM波形的控制的

已经在网上查找了很长时间的资料了,因本人电学知识有限,仍然没有找到输出没有死区的原因,恳求各位高手指点迷津。

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cxflbh
LV.3
2
2023-09-06 16:15

半桥需要加隔直电容?上下管共通估计是驱动模块有问题。

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ulc_fj
LV.2
3
2023-09-06 18:12
@cxflbh
半桥需要加隔直电容?上下管共通估计是驱动模块有问题。

加啊...不加心里不踏实,反正对体积要求不高,加了没毛病...我这种非专业人士只敢采取堆料的方式。今天又请教了一个专业人士,说爆管原因可能是击穿,不像是过流,整流之后、斩波之前的那个滤波电容值不够,功率大的情况下波纹太大。还有半桥的电容值也不够,也是会造成较大的波纹,这个都会造成半桥IGBT关断时会有过高的电压...还有半桥两个IGBT的阻容吸收参数需要调整,电容得加大。。。这几天先按照专业人士意见调一调,看看情况。

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mwxpk
LV.4
4
2023-09-07 13:36

又忽悠拐了。不要用所谓的保护模块! 除掉C5R5!D12R3R4C4C3有没有不影响。C1C2用630V 并联10K功率电阻。G1G2前串22欧电阻。 图不标准!前级信号???

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ulc_fj
LV.2
5
2023-09-07 17:24
@mwxpk
又忽悠拐了。不要用所谓的保护模块!除掉C5R5!D12R3R4C4C3有没有不影响。C1C2用630V并联10K功率电阻。G1G2前串22欧电阻。图不标准!前级信号???

我把C5R5D12R3R4C4C3都去掉了,试了一下,像您所说的对电路工作确实没啥影响,不过Uce尖峰会增大.但是所面对的上下管共通问题没有丝毫影响,依旧是有几百ns的共通时间。

C1C2其实是有并联33K/5W的电阻,图上漏画了

G1G2前串已经有10欧姆的电阻,在驱动图里有。今天把Rg给改成33欧姆的,除了上升沿和下降沿更缓些,没有别的影响

前级信号如下图所示,就是信号HalfBridgeA和HalfBridgeB,输入EXB841管脚15的信号,使用单片机控制逻辑芯片生成的,死区时间我给调宽到了7us,但是IGBT的开通关闭可以说丝毫未受影响,还是50%。负载是一个17.71KHz的超声换能器

请教您一下,C1和C2电容值是否要再加大?

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2023-09-12 13:50

IGBT换大点用FGW75XS120C  试下

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mwxpk
LV.4
7
2023-09-12 17:25

事实已证明保护不了管还要它为何?PWM信号给隔离驱动变压器接IGBT功率器件。PWM发生信号没有死区也可用IXDN60(X)接驱动变压器,(参考MC34152PDF学习)自带死区功能。单片机生成糊补两路PWM也可自带死区。只要前级信号正常不用保护么块!。

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ulc_fj
LV.2
8
2023-09-15 09:21
@FUJI半导体
IGBT换大点用FGW75XS120C 试下

非常感谢!

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ulc_fj
LV.2
9
2023-09-15 09:28
@mwxpk
事实已证明保护不了管还要它为何?PWM信号给隔离驱动变压器接IGBT功率器件。PWM发生信号没有死区也可用IXDN60(X)接驱动变压器,(参考MC34152PDF学习)自带死区功能。单片机生成糊补两路PWM也可自带死区。只要前级信号正常不用保护么块!。

非常感谢!多年前以前还有过流保护电路,老是误动作,就取消了

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mwxpk
LV.4
10
2023-09-15 14:08

那就再告诉你一个实用的,G极对地用双极性ZVS管,对地加一个发光二极管串电阻。找一下我的图。

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ulc_fj
LV.2
11
2023-09-22 14:07
@mwxpk
那就再告诉你一个实用的,G极对地用双极性ZVS管,对地加一个发光二极管串电阻。找一下我的图。

最近比较忙,今天刚上来论坛看有没有人回复,很惊喜的发现又有人回复了。谢谢mwxpk的建议,等时间空下来一定要试一试这个电路。论坛正是因为有很多像mwxpk这样热心的网友才会热闹有人气

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dy-XU5vrphW
LV.7
12
2023-09-22 21:05

是否忘了添加电流补充设计方案

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dy-nmLUWFNr
LV.8
13
2023-09-22 21:31

这个跟IGBT共模电路传输会有关系么

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dy-StTIVH1p
LV.8
14
2023-09-22 23:14

需要检查一下信号开关是否正常打开

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dy-XU5vrphW
LV.7
15
2023-09-23 21:20

是否需要检查一下IGBT是否导通

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dy-StTIVH1p
LV.8
16
2023-09-24 23:32

是不是因为另外一个半区没有驱动工作

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dy-nmLUWFNr
LV.8
17
2023-09-25 08:07

输出死区电压是否正常

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ulc_fj
LV.2
18
2023-09-25 11:22
@dy-XU5vrphW
是否忘了添加电流补充设计方案

不懂是“电流补充设计方案”什么意思,是真的不懂,我喜欢捣鼓点电路,纯属于爱好者,就像酒量差还好酗酒的这种人

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ulc_fj
LV.2
19
2023-09-25 11:22
@dy-nmLUWFNr
这个跟IGBT共模电路传输会有关系么

没查到“IGBT共模电路传输”是什么意思

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ulc_fj
LV.2
20
2023-09-25 11:26
@dy-XU5vrphW
是否需要检查一下IGBT是否导通

绝对导通了,因为这个电路是能正常工作的,500W左右可以24小时连续工作的,再大IGBT发热就非常严重了,容易爆管子

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dy-TMelSvc9
LV.8
21
2023-09-25 17:01

怎么样判断器件已经进入IGBT死区

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dy-XU5vrphW
LV.7
22
2023-09-25 20:48

传输过程中会有信号毛刺产生么

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ulc_fj
LV.2
23
2023-09-28 10:58
@dy-XU5vrphW
传输过程中会有信号毛刺产生么

没有,驱动引线就十几厘米,而且用双绞线了。驱动前级信号没有任何毛刺

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ulc_fj
LV.2
24
2023-09-28 11:01
@dy-TMelSvc9
怎么样判断器件已经进入IGBT死区

据说用电流探头测电流是最准确的,但是贵啊,好的电流探头比我示波器都贵多了

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ulc_fj
LV.2
25
2023-09-28 11:02
@dy-StTIVH1p
是不是因为另外一个半区没有驱动工作

我这个是半桥电路。两路驱动都在工作的

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夜航
LV.4
26
2023-10-02 12:10
@ulc_fj
我这个是半桥电路。两路驱动都在工作的

电路确定是正确的吗?

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ulc_fj
LV.2
27
2023-10-02 15:06
@夜航
电路确定是正确的吗?

都是电力电子教材推荐的经典电路,虽然没有设计过流、过压和温度保护,只有缓冲吸收电路,但是电路还是非常可靠的,是经过实践检验的。最大的不足就是半桥母线电压过高时会爆管,导致电路的功率做不大,连续工作的话不超过800W,瞬时最大功率可以超过2KW。只要半桥母线电压超过220V(直流),99%要爆管子。因为现在想提高它的连续工作功率,打算通过提高母线直流电压来实现,但是又解决不了爆管的问题。下一步将尝试改成全桥,看能否将功率翻倍

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ly_milan
LV.5
28
2023-10-18 09:24

原理图错了,D1,D2中间没有连接,R3,D4对地没有连接,都是浮空的。

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ulc_fj
LV.2
29
2023-10-25 15:09
@ly_milan
原理图错了,D1,D2中间没有连接,R3,D4对地没有连接,都是浮空的。

你说的这两个问题只是我贴上来的原理图漏掉了。不够你看的还真仔细,我自己都没有注意到。还有这个FR用的是IGBT内置的,额外并联的FR最近给取消了。因为最早用的IGBT没有内置二极管,所以CE一直是专门有反向并联一个1200V/15A的FR。后来发现现在的IGBT都自带FR了,没必要再单独并了。

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ulc_fj
LV.2
30
2023-10-25 15:17

这个帖子的问题算结题了。虽然半桥的问题还是没有最终解决,但是功率加大的问题我全桥电路解决了,半桥电路就这么滴吧,不想费脑了。

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ulc_fj
LV.2
31
2023-10-25 15:38

全桥电路实物图看下图,是在现有半桥电路的基础上改的,和原来相比,就是多了2个IGBT和相应的EXB841驱动电路,每个841都是独立供电的,其它完全不变。原来半桥用一对4.7UF的CBB,现在只要全桥用1个,一开始还并了个大电解电容滤波,j结果低压时没事,电压翻倍一上电就把斩波的IGBT给烧了,去掉大电解电容,只剩一个4.7UFCBB滤波后就没有问题了。测试结果,整流滤波后直流母线电压相同的情况下,输出功率基本上翻倍

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