IGBT:n kytkentäviiveiden mittaaminen

Abstract

Taajuusmuuttajassa tehokytkinten, tässä tapauksessa IGBT, kytkentäviiveet vääristävät lähtöjännitettä varsinkin pienillä lähtöjännitteen arvoilla. Kun viiveiden pituudet tunnetaan voidaan niiden vaikutus kompensoida taajuusmuuttajan ohjauksella. Perinteisissä toteutuksissa viiveiden pituudet on arvioitu ennalta määritetyn taulukon mukaisesti, jossa parametrina on ollut muun muassa moottorivirta. Viiveet kuitenkin vaihtelevat yksilökohtaisesti, eikä kaikkia viiveisiin vaikuttavia tekijöitä voida ottaa huomioon, joten taulukko antaa vain suuntaa. Ratkaisuna tähän on viiveiden mittaus.

Työssä tutustutaan jännitevälipiirillisen PWM-taajuusmuuttajan toimintaan yleisellä tasolla. IGBT:n toimintaan syvennytään tarkemmin sekä teoreettisella tasolla että käytännön mittauksilla. Työssä tarkastellaan kytkimien kytkentäviiveiden syntytapaa ja niiden vaikutuksia lähtöjännitteeseen. Viiveiden aiheuttamiin lähtöjännitteen virheiden korjaukseen esitetään erilaisia menetelmiä. Työssä rakennetaan mittalaite jolla tarkkaillaan taajuusmuuttajan lähtöjännitettä ja mitataan sen avulla kytkentäviiveiden suuruutta. Kytkennässä huomioidaan erityisesti häiriöisen ympäristön EMI-vaikutusten minimointi laitteen toiminnassa.

Käytännön mittauksilla ja testauksilla kytkentä todetaan toimivaksi ja soveltuvaksi kytkentäviiveiden vaihevirheettömään mittaukseen.

In inverters, power switches’ switching delays cause distortion in inverters output voltage, especially at low output voltages. Effects in output voltage caused by the switching delays can be compensated if delays are known. Traditionally delays are estimated using fixed look-up table which has output current as input parameter. Hovewer, switching delays vary from unit to unit, and it is difficult to take into account all the influencing variables. As a solution, the delays are measured.

In this thesis voltage-fed pwm-inverter’s overall operation is reviewed. IGBT’s operation is reviewed in a more accurate scale, both theoretically and practically. Origins of switching delays and their influence on output voltage are analyzed. Different methods to correct errors in output voltages due to switching delays are presented. A device for measuring the delays is presented. The circuit is based on sensing the output voltage. Especially EMC is taken into account in the circuit.

The presented circuit is proven to work correctly with tests. It is proven to be suitable for measuring IGBT’s switching delays in an environment full of electro-magnetic interference.