GERA015 October   2023 AMC23C11 , UCC23513

 

  1.   1
  2.   Kurzfassung
  3.   Marken
  4. 1Einführung
  5. 2Systemherausforderung bei isolierten Gate-Treibern mit integriertem DESAT
  6. 3Systemansatz mit UCC23513 und AMC23C11
    1. 3.1 Systemübersicht und Schlüsselspezifikation
    2. 3.2 Schaltplandesign
      1. 3.2.1 Schaltplan
      2. 3.2.2 Konfigurieren des VCE(DESAT)-Schwellenwerts und des DESAT-Bias-Strom
      3. 3.2.3 DESAT-Ausblendzeit
      4. 3.2.4 DESAT Deglitch-Filter
    3. 3.3 Referenz-Platinenlayout
  7. 4Simulations- und Testergebnisse
    1. 4.1 Simulationsschaltung und Ergebnisse
      1. 4.1.1 Simulationsschaltung
      2. 4.1.2 Simulationsergebnisse
    2. 4.2 Testergebnisse mit 3-Phasen-IGBT-Inverter
      1. 4.2.1 IGBT-Bremsprüfung
      2. 4.2.2 Testergebnisse mit einem 3-Phasen-Inverter mit Phase-zu-Phase-Kurzschluss
  8. 5Zusammenfassung
  9. 6Quellennachweise
  10. 7Revisionsverlauf

1 Einführung

Bei 3-Phasen-Wechselrichtern für Motorantriebe sind OCP und SCP entscheidend, um das System vor Schäden durch anormale Betriebsbedingungen zu schützen. Shunt-basierte OCP oder SCP auf Systemebene werden häufig durch Strommessung durch den negativen DC-Bus oder die drei Low-Side-Schalter implementiert; insbesondere in vielen stromsparenden, kompakten Modellen, bei denen Formfaktor und Systemkosten entscheidend sind. Diese Schutzfunktionen sind wirksam bei häufig gesehenen Fehlermustern beim ARM-Shoot-through und Phase-to-Phase-Kurzschluss. Jedoch kann keiner von ihnen einen Erdschluss erkennen, wenn der Fehlerstrom durch einen High-Side-Schalter fließt, wie in Abbildung 1-1gezeigt. Eine DESAT-Funktion auf dem Gate-Treiber kann dabei helfen, den Leistungsschalter gegen diesen Fehler zu schützen. Tatsächlich ist der DESAT-Schutz auf Bausteinebene wirksam für alle diese Fehlermodi in einem 3-Phasen-Inverter und wurde daher häufig in vielen Hochleistungsmodellen verwendet.

AMC23C11 UCC23513 Kurzschluss aufgrund von Erdschlussfehler in einem 3-Phasen-InverterAbbildung 1-1 Kurzschluss aufgrund von Erdschlussfehler in einem 3-Phasen-Inverter

Viele industrielle Motorantriebe verfügen auch über einen Regenerationsbremsschalter, um den Strom an den negativen VDC-Bus zu schalten und den Stützkondensator zu entladen, wenn die Spannung während eines Regenerationsbremsbetriebs zu hoch wird. Oft muss dieser Bremswiderstand extern installiert und dann über eine bestimmte Klemme am Antrieb mit dem System verbunden werden. Wenn ein Benutzer einen Fehler beim Anschluss dieses Widerstands macht oder versehentlich einen mit einem sehr niedrigen Widerstand verwendet, kann ein Überstromfehler auftreten, sobald eine Bremsfunktion durch die Systemsteuerung gestartet wird, wie dargestellt in Abbildung 1-2. In diesem Fall kann eine DESAT-Funktion auf dem Gate-Treiber das Problem erkennen und den Leistungsschalter rechtzeitig schützen.

AMC23C11 UCC23513 Kurzschluss aufgrund von Fehlverdrahtung der Klemme des externen BremswiderstandsAbbildung 1-2 Kurzschluss aufgrund von Fehlverdrahtung der Klemme des externen Bremswiderstands

Ein typischer Ansatz zum Schutz des Systems gegen diese Fehler besteht aus einem isolierten Smart-Gate-Treiber mit DESAT-Funktion, wie dem verstärkt isolierten UCC21750-Gate-Treiber mit CMOS-Eingang. Wie zu sehen in Abbildung 1-3, überwacht ein DESAT-Pin den Spannungsabfall von VCE, wenn der IGBT EINGESCHALTET wird. Sobald dieser Spannungsabfall steigt und den festgelegten Schwellenwert erreicht, was bedeutet, dass ein Überstrom oder Kurzschluss auftritt, wird der Ausgang des Gate-Treibers auf einmal auf Low gezogen und ein Fehlerausgang wii aktiviert, um den Systemcontroller über den Fehler zu informieren.

AMC23C11 UCC23513 UCC21750 mit integriertem DESAT-SchutzAbbildung 1-3 UCC21750 mit integriertem DESAT-Schutz