Pagina 13 - EO Power n.1

POWER 1 - APRILE 2013 XIII
IGBT
Rilevamento di sovracorrente
Le condizioni di sovracorrente in un IGBT possono verifi-
carsi a causa di un cortocircuito fase-fase, un cortocircuito
fase-terra o correnti di “shoot-through”. Lo shunt + dispo-
sitivo di rilevamento corrente ISOAMP sulle fasi di uscita
e sul bus DC provvedono al rilevamento dei guasti oltre
che alla misurazione di corrente (Fig. 1). Il tempo tipico
di sopravvivenza degli IGBT a cortocircuiti arriva fino a
10 ms [3, 4]. Per garantire una protezione efficace non
si dovrebbe superare questo limite. Entro questo limite il
guasto deve essere rilevato e inviato al controller, e sem-
pre entro il limite suddetto si deve eseguire la procedura
di spegnimento. Per raggiungere questo risultato gli ISO-
AMP ricorrono a metodi diversi.
L’ACPL-C79A, per esempio, ha un tempo di risposta ve-
loce di 1,6 µs per un gradino di ingresso. Ciò consente
all’ISOAMP di catturare condizioni transitorie durante il
cortocircuito e il sovraccarico (Fig. 2) [5]. Il ritardo di pro-
pagazione del segnale tra ingresso e uscita ha un valore
medio di soli 2 ms, mentre sono necessari soli 2.6 ms per-
ché il segnale di uscita raggiunga l’ingresso, raggiungendo
il 90% dei livelli finali. Oltre al rapido tempo di risposta,
l’ACPL-C79A fornisce un guadagno di precisione pari a
± 1%, un’eccellente non linearità pari a 0,05% e un rap-
porto segnale-rumore (SNR) di 60 dB. Sono inoltre dispo-
nibili l’ACPL-C79B, che offre un maggiore guadagno di
precisione pari a ± 0,5%, e l’ACPL-C790, che ha una tolle-
ranza di guadagno di ± 3%. Tutti i dispositivi della famiglia
ACPL-C79A sono certificati per resistere a una tensione
di tenuta d’isolamento di 1230 Vpeak e possono sopprime-
re rumore transitorio estremo di modo comune fino a 15
kV/ms. Queste funzioni sono fornite in un’unità SO-8 che
ha un ingombro inferiore del 30% rispetto all’unità stan-
dard DIP-8. Un altro esempio è l’HCPL-788J, che sfrutta
una diversa metodologia per ottenere una risposta veloce
nel rilevamento di sovracorrente (Fig. 3) [6, 7]. Oltre alla
punta del segnale di uscita, giunge una punta di guasto
che passa rapidamente dal livello più alto a quello più bas-
so per indicare una condizione di sovracorrente. Questo
ISOAMP fornisce una precisione di misura pari a ±3%.
Nella progettazione dei feedback di guasto, un problema
che il progettista deve affrontare è costituito dagli inneschi
accidentali. Un innesco accidentale è un innesco errato da
parte del rilevamento guasti in assenza di qualsiasi condi-
zione evidente di guasto capace di danneggiare gli IGBT.
Per evitare inneschi accidentali, l’HCPL-788J si avvale di
un circuito discriminatore di impulsi per oscurare in mo-
do efficace l’influenza dei disturbi di/dt e dv/dt. Il vantag-
gio di questo metodo è che la soppressione è indipenden-
te dall’ampiezza, e questo significa che la soglia di guasto
può essere impostata a un livello molto inferiore senza au-
mentare il rischio di inneschi accidentali.
Nella realizzazione del circuito per raggiungere il rileva-
mento rapido di guasto si utilizzano due comparatori nel
blocco Fault Detection per rilevare le soglie negative e po-
sitive di guasto. La soglia di commutazione è uguale al rife-
rimento di 256 mV del modulatore sigma-delta. Le uscite
di questi comparatori sono collegate a filtri di soppressio-
ne con un intervallo di soppressione di 2 ms, ed inviate
quindi al blocco encoder.
Per garantire che lo stato di guasto sia trasmesso il più ra-
pidamente possibile attraverso la barriera di isolamento
si utilizzano due uniche sequenze di codifica digitale per
rappresentare la condizione di guasto: un codice per il li-
vello negativo e uno per quello positivo. Quando viene ri-
levato un guasto si interrompe il normale trasferimento
di dati attraverso il canale ottico, e il flusso di bit viene so-
stituito dal codice di guasto. Questi due codici di errore si
discostano notevolmente dal normale schema di codifica
e quindi, dal punto di vista del rilevamento, il decoder ri-
conosce immediatamente i codici come condizioni di gua-
sto [7]. Il tempo richiesto dal decoder per rilevare e co-
municare la condizione di guasto attraverso la barriera di
isolamento è di circa 1 ms. Aggiungendo un ritardo 400 ns
per il filtraggio anti-alias si ottiene un ritardo di propaga-
zione di 1,4 ms. Il ritardo tra l’evento di guasto e il segnale
di guasto in uscita è la somma del ritardo di propagazio-
ne e dell’intervallo di soppressione (2 ms), da cui risulta
un tempo complessivo di rilevamento guasti pari a 3,4 ms
(Fig. 4). Il picco di uscita guasti permette di assemblare
il segnale di guasto di diversi dispositivi consentendo che
più parti siano connesse insieme in modalità OR per a cre-
are un singolo segnale di guasto (vedere la parte superiore
destra della Fig. 5) [6]. Questo segnale può quindi essere
utilizzato per disattivare direttamente gli ingressi PWM at-
traverso il controller.
Fig. 4 - Tempi di r ilevamento guasti dell’amplifica-
tore di isolamento HCPL-788J