Что такое отказ dV/dt – Знания
Основные выводы из этой статьи
・Отказ dV/dt — это явление, при котором, когда MOSFET выключен, зарядный ток, протекающий через паразитную емкость Cds, протекает через базовое сопротивление RB, которое включает паразитный биполярный транзистор и вызывает короткое замыкание, вызывающее отказ.
・dV/dt — величина изменения напряжения в единицу времени. Чем круче нарастающая крутизна VDS, тем выше вероятность выхода MOSFET из строя по dV/dt.
・В целом, чем хуже характеристика обратного восстановления, тем круче кривая dV/dt, и выше вероятность выхода MOSFET из строя по dV/dt.
Что такое отказ dV/dt
Как показано на рисунке (2) ниже, сбой dV/dt происходит из-за переходного зарядного тока, протекающего через паразитную емкость Cds, протекающего через базовый резистор RB, когда полевой МОП-транзистор выключен, что приводит к возникновению потенциала между базой и эмиттером транзистора. паразитный биполярный транзистор Разница в VBE приводит к включению паразитного биполярного транзистора, вызывая короткое замыкание и выход из строя.
Как правило, чем больше (круче) dV/dt, тем больше разность потенциалов VBE и тем легче включиться паразитному биполярному транзистору, поэтому вероятность отказа выше.
Принципиальная схема пути тока отказа dV/dt MOSFET (синяя часть)
Кроме того, в схеме с верхней и нижней мостовой структурой, такой как инверторная схема или ККМ с тотемным полюсом, ток обратного восстановления Irr протекает через полевой МОП-транзистор. dV/dt, на который влияет этот обратный ток восстановления, может ложно включить паразитный биполярный транзистор, что требует внимания. Взаимосвязь между dV/dt отказом и характеристиками обратного восстановления может быть подтверждена испытанием двойным импульсом. Принципиальная схема теста двойным импульсом выглядит следующим образом.
Принципиальная схема для теста двойным импульсом
Подробнее о тесте с двойным импульсом см. в разделе «Оценка характеристик обратного восстановления полевых МОП-транзисторов с помощью теста с двойным импульсом» в главе «Оценка основ класса R».
Результаты моделирования dV/dt и тока обратного восстановления показаны на рисунке ниже. Предположим, что сопротивление затвора RG и напряжение питания VDD полевых МОП-транзисторов ①-③ одинаковы, а отличаются только характеристики обратного восстановления. На рисунке показано напряжение сток-исток VDS и ток стока (внутренний ток диода) ID, когда Q1 преобразуется из режима свободного хода в режим обратного восстановления.
В целом можно сказать, что полевой МОП-транзистор ③ является продуктом с «плохими характеристиками обратного восстановления (больше Irr и trr)», чем полевой МОП-транзистор ①. Из этого результата моделирования видно, что чем хуже характеристика обратного восстановления, тем круче будет наклон dV/dt. Это также можно понять из того факта, что переходный ток, протекающий через конденсатор, обычно выражается как I=C×dV/dt. Кроме того, в приведенном выше моделировании наклон Irr (di/dt) задается таким же условием, но когда di/dt крутой, dV/dt также становится крутым.
Из вышеизложенного можно сказать, что при использовании полевых МОП-транзисторов в мостовой схеме, чем хуже характеристики обратного восстановления полевого МОП-транзистора, тем выше риск выхода из строя полевого МОП-транзистора по dV/dt.
Физика 2009
Динамика материальной точки – это раздел механики, который изучат движение тел в связи с дистрибьюторами на них силовых факторов. Основные задачи динамики: По известным силовым факторам, действующим на тело определить его траекторию.
В основе законы Ньютона:
· Всякое тело находясь в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока действие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.
· 1 закон Ньютона: «Закон инерции»
Выполняется только в инерциальных системах отсчёта.
Масса – мера инертности тела (способность тела сопротивлятся изменению его скорости). Масса изменяется в кг.
Импульс тела – мера движения тела.
· 2 закон Ньютона:
Скорость изменения импульса тела равна равнодействующей сил, действующих на тело.
a = F/m
m * v = p
a = dv / dt
dv / dt = F / m
(m * v)/ dt= F
F = dp/ dt
m * r = F
Сила (F) – мера взаимодействия, численно равна ускорению, которое получает эталонное тело (массой 1 кг) при взаимодействии на него этой силы.
Импульс силы.
Это мера взаимодействия тело.
I(t) = (t – вверху; 0 – внизу )F(τ) * dτ
Прирощение импульса тела – равно импульсу силы, действующему на тело.
I = Δp
F = m * dv / dt ;
I (t – вверху; 0 – внизу )∫ m * dv / dt * dτ
I = m * (t – вверху; 0 – внизу )∫ dv / dt * dτ
I = m * v(t) v(t – to)
m = v(t = t1) – v(t = 0)
· 3 закон Ньютона:
Силы, с которыми
действуют друг на друга взаимождействующие тела, равны по модулю и
противоположны по направлению.
F12 = – F21
Законы Ньютона применимы при скоросити движения тел, гораздо меньшей скорости света.
Силы в природе.
Фундаментальные силы:
· Гравитационные;
· Электромагнитные;
· Сильные;
· Слабые.
Нефундаментальные силы:
· Сила трения;
· Сила сопротивления;
· Сила упругости;
· Сила тяги;
· Сила реакции опоры.
Проявление сил.
Динамическое – под действием силы приобретается ускорение.
Статические – деформации (сжатие, сдвиг).
Это совокупность материальных точек, взаимодействующих между собой, так что движение каждого зависит от движения остальных.
Внутренние силы
действуют между телами, входящими в систему, а внешние силы действуют со
стороны других тел.
Если внешние силы не действуют, то система называется
замкнутой.
Характеристика механической системы.
m = Z * m(i- внизу)
где i = 1, 2, 3 = m1 + m2 + m3.
P = ∑(i – внизу) Pi – импульс системы.
m = ∑(i – внизу) mi – импульс системы.
V(c – внизу) = p / m – скорость движения центра масс системы.
rc = I / m – радиус вектор центра масс системы.
Закон движения центра масс механической системы.
m = dv / dt = ∑(i – внизу) Fi
Ускорение центра масс системы равно отношению суммы внешних сил, действующих на систему к её массе.
Система отсчёта, связанная с центром масс называется ц-системой.
Системой отсчёта связанная с измерительными приборами называется лабораторной или л-системой.
Закон сохранения тел.
Импульс
механической системы не изменяется.
2 * R –
центробежная сила
Fin2 = 2 * m * W * R – Кориолисов сила
Закон сохранения импульса.
Закон сохранения импульса:
Импульс замкнутой системы материальной точки не изменяется.
Рассмотрим систему из трёх м.т. На каждую м.т. действуют внутренние силы F’ и внешние силы F. В соответствии с 3 законом Ньютона:
F’ik = – F’ki
F’23 = – F’32
Запишем уравнение 2 закона Ньютона для каждой м.т.:
d / dt * p1 = F’12 + F’13 + F’1
d / dt * p2 = F’21 + F’23 + F’2} (все 3 в скобке)
d / dt * p3 = F’31 + F’32 + F’3
Чтобы записать уравнение движения центра масс с м.т., определим равнодействующую внешних сил:
F = ∑(i – внизу) Fi
Для этого просуммируем уравнения и получим:
d/dt * (p1 + p2 + p3) = F1 + F2 + F3
или:
d/dt *p = F
Для замкнутой
с.
м.т. F = 0, то есть
d/dt *p = 0
p = const
Получим формулу:
dpi/dt = ∑(i≠k – внизу) F’ik + F
Складывая эти уравнения с учётом того, что
F’ik = – F’ki, получаем:
dp / dt = ∑(i=1 – внизу; N – вверху)Fi
dV/dt — что это такое и почему вас это должно волновать?
Проблемы, вызванные ЧРП Использование:Преобразователи частоты (ЧРП) полезны во многих приложениях. Они могут помочь контролировать скорость и экономить энергию, но также могут создавать проблемы. Один из побочных эффектов, который вам необходимо смягчить, называется dV/dt. Ниже мы расскажем, что это такое, почему вас это должно волновать и как это исправить.
Что такое dV/dt? ЧРП создают скачки напряжения, которые проходят через провода к двигателю.
Название происходит от уравнения, которое помогает описать явление, дельта (Δ) напряжения / дельта (Δ) времени, где дельта означает «изменение». Проще говоря, dV/dt — это то, как всплесков напряжения искажают и усиливают по длине проводов. Вот почему вам нужно больше беспокоиться о dV/dt, чем длиннее ваши провода от частотно-регулируемого привода к двигателю.
Производители по-разному рекомендуют длину провода, прежде чем вам нужно будет беспокоиться о dV/dt. Как правило, для приложений с низковольтными приводами мы склонны говорить, что при длине кабеля более 100 футов следует начинать думать о проблемах dV/dt. Большинство проводов длиной более 500 футов — это то, где мы не чувствуем себя комфортно, цитируя диск без какой-либо стратегии смягчения dV / dt.
Зачем мне это? В отличие от проблем с гармониками , коммунальные службы обычно не беспокоятся о dV/dt, потому что все эффекты находятся на стороне нагрузки ЧРП.
Если коммунальным службам все равно, то зачем вам? Короче говоря, потому что dV/dt может разрушить обмотки вашего двигателя. Если у вас есть длинные провода от вашего инвертора к двигателю, может быть проще и дешевле добавить устройство смягчения dV/dt, чем постоянно заменять ваши двигатели.
Аналогичным фактором является стоимость замена двигателя . Мы находим много приложений, где стоимость простоя достаточно высока, поэтому устранение риска отказов, связанных с dV/dt, является простым финансовым решением. Довольно часто двигатель в системе изготавливается по индивидуальному заказу, и его нелегко или дешево отремонтировать или найти замену. Мы также видим некоторые приложения, такие как двигатели в глубоких скважинах, где стоимость физической замены двигателей делает защиту этого двигателя от dV/dt очевидным выбором.
Как исправить dV/dt? Самый простой вариант адресации dV/dt — добавить фильтр dV/dt. Это устройство предназначено для уменьшения скачков напряжения, которые усиливаются на расстоянии от провода.
Они, как правило, являются наиболее экономичными вариантами для измерения dV/dt, хотя точная настройка и производительность могут различаться в зависимости от конструкции или производителя.
В ситуациях с гораздо большей длиной кабеля или более высокой вероятностью отказа двигателя может потребоваться более тщательное решение. В этих случаях вам может понадобиться синусоидальный фильтр. Это устройство берет сигнал ШИМ от частотно-регулируемого привода и преобразует его обратно ближе к исходной синусоидальной волне, что значительно снижает риски, связанные с большинством приложений с большой длиной кабеля. Это решение более дорогое, иногда столько же, сколько сам ЧРП, но является более эффективным решением для устранения dV/dt, когда требуются лучшие результаты.
Мы можем помочь! При решении проблем с dV/dt в вашей системе важно учитывать вашу ситуацию и потребности. Какова длина проводов и какова цена отказа двигателя? Свяжитесь с нами, и мы поможем вам выяснить, что может понадобиться вашей системе для работы с dV/dt.
Связанные статьи VFD
Пожалуйста, включите JavaScript для просмотра комментариев на основе Disqus.
Что означают значения «dv/dt» и «di/dt»?
Блог – ТЕХНИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ – Твердотельные реле – Что означают значения «dv/dt» и «di/dt»?
Чрезмерный уровень di/dt является одной из основных причин отказа тиристора. При этом напряжения, прикладываемые к полупроводниковым приборам, могут значительно превысить номинальные значения и повредить силовой элемент. В этой новой статье блога мы объясним важность значений dv/dt и di/dt и почему их необходимо учитывать перед выбором твердотельного реле для вашего приложения.
Начнем с технического обзора
Перенапряжение — это значение напряжения, превышающее нормальное рабочее напряжение устройства или цепи. В зависимости от уровня это перенапряжение может повредить компоненты системы.
Перегрузка по току возникает при превышении нормального тока нагрузки.
Опять же, в зависимости от значения, этот сверхток также может повредить компоненты системы.
dv/dt — производная напряжения по времени. Другими словами, это изменение напряжения (дельта V или ΔV), деленное на изменение во времени (дельта t или Δt), или скорость, с которой напряжение изменяется во времени. Рейтинг dv/dt — это максимально допустимая скорость нарастания напряжения между анодом и катодом, которая не приведет к срабатыванию устройства без какого-либо сигнала затвора.
di/dt – производная тока по времени . Значение di/dt представляет собой максимально допустимую скорость нарастания тока между анодом и катодом без повреждения тиристора.
Значения «dv/dt» и «di/dt» применительно к твердотельным реле
Влияние типа нагрузки значение тока удержания, тиристор перестает проводить. При чисто резистивной нагрузке это происходит в самом конце цикла синусоиды, а напряжение и ток совпадают по фазе.
Когда нагрузка имеет индуктивный компонент (например, двигатель), возникает задержка между током и напряжением. В момент, когда ток падает ниже значения тока удержания, напряжение уже поднялось с противоположной полярностью. Поэтому , когда симистор/тиристор отключается, на нем возникает большое dv/dt, так как напряжение внезапно отключается. Эта ситуация может привести к самосрабатыванию симистора/тиристора, что может привести к неконтролируемому протеканию тока. Номинал dv/dt твердотельного реле
Номинал dv/dt твердотельного реле является важным параметром r, поскольку он указывает максимальную скорость нарастания анодного напряжения, которая не переводит твердотельное реле в фазу проводимости когда нет стробирующего сигнала. Предельное значение dv/dt всегда указывается в единицах напряжения/микросекунды.
Если скорость нарастания прямого анодного напряжения превышает указанный максимальный предел, то это вызывает переключение из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ.
Другими словами, если dv/dt превышает указанное значение для SSR, это приводит к ложному срабатыванию SSR, что является нежелательным условием.
Номинальное значение di/dt твердотельного реле
В процессе включения твердотельного реле предел значения di/dt всегда указывается в амперах/микросекундах. Соблюдение осторожности, чтобы не превысить это значение, обеспечит надежную работу твердотельного реле.
Когда di/dt выше максимального значения, указанного в спецификациях, ток между анодом и катодом может возрастать слишком быстро, так что проводящая область не успевает распространиться по всей площади кремния. Это затем приводит к созданию горячих точек вблизи соединений затвора, поскольку в области перехода существует высокая плотность тока. Создание горячих точек может увеличить температуру перехода полупроводника выше максимально допустимого предела. В результате силовой элемент может выйти из строя навсегда:
Предельное значение di/dt зависит главным образом от скорости распространения и диффузии кремния тиристора/симистора.
Как сохранить эти значения в заданных пределах?
Чтобы поддерживать значения dv/dt в заданных пределах во время процесса включения твердотельного реле, можно реализовать сеть RC. Это также называется снаббером (или элементом без демпфера с высоким уровнем сопротивления dv/dt). Некоторые твердотельные реле celduc оснащены элементами SnubberLess или RC Network:
– Твердотельные реле с нулевым переходом: SO8, SA/SU8 и т. д. Эти твердотельные реле подходят для всех типов нагрузок
– Твердотельные реле случайного или мгновенного действия рекомендуются для высокоиндуктивных нагрузок: SO7, SU7 и т. д.
Эти продукты следует использовать, если вы хотите управлять нерезистивной нагрузкой или когда может быть превышено максимальное значение dv/dt симистора/тиристора.
При емкостных нагрузках , когда силовой элемент замыкается, значение di/dt обычно является критическим. В этом случае последовательно установленная катушка индуктивности уменьшает быстрые переходы, тем самым сглаживая ток.
Серия celduc SO8/SU8/SGT8 … использует специальные технологии для минимизации напряжения срабатывания и синхронизации для ограничения внезапных изменений тока на емкостных нагрузках (аккумуляторах, блоках питания и т. д.).
Где найти эти значения?
Максимальные значения dv/dt и di/dt (неповторяющиеся) указаны компанией celduc в технических описаниях: выше этого предела тиристоры/симисторы могут быть повреждены.
– 500 В/мкс означает, что в течение каждой микросекунды напряжение увеличивается на 500 Вольт.
– 50А/мкс означает, что в течение каждой микросекунды ток увеличивается на 50 Ампер.
При включении максимальная скорость нарастания тока и напряжения не должна превышать эти максимальные значения di/dt и dv/dt.
Заключение
Значения «dv/dt» и «di/dt» следует учитывать при выборе твердотельных реле, особенно для нерезистивных нагрузок. Celduc предлагает твердотельные реле, оснащенные элементами SnubberLess или RC Network, которые помогают удерживать уровни «dv/dt» и «di/dt» в заданных пределах.
