Sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką i układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką
ZESPÓŁ AUTORSKI
Uniwersytet Morski w Gdyni
- Kierownik prof. dr hab. inż. Krzysztof Górecki, Katedra Energoelektroniki, Wydział Elektryczny Uniwersytetu Morskiego w Gdyni
- Współtwórca dr hab. inż. Paweł Górecki, prof. UMG, Katedra Automatyki Okrętowej i Przemysłowej, Wydział Elektryczny Uniwersytetu Morskiego w Gdyni
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką i układ do pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką. Wynalazek ma zastosowanie przy kontroli jakości półprzewodnikowych przyrządów mocy dla przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego.
Obecnie znane rozwiązania nie umożliwiają wyznaczenia energii włączania i wyłączania tranzystora bez wpływu pasożytniczych pojemności sond pomiarowych. Dodatkowo okazało się, że sposób pomiaru według wynalazku wymienionych parametrów tranzystorów IGBT można zrealizować z wyższą dokładnością niż w przypadku znanych metod i wymaga mniej kosztownej aparatury pomiarowej.
ISTOTA WYNALAZKU
Wynalazek wykorzystuję odmienną od znanych koncepcję pomiaru, tzn. wartości energii włączania i wyłączania są wyznaczane na podstawie pomiaru temperatury obudowy tranzystora w stanie ustalonym. Układ ten pozwala na wyznaczenie parametrów cieplnych mierzonego tranzystora w trakcie pomiaru energii włączania i wyłączania. Istotą wynalazku jest sposób pomiaru energii włączania i wyłączania tranzystorów bipolarnych mocy z izolowaną bramką metodą pośrednią i obejmuje:
I-pomiar rezystancji termicznej między wnętrzem a obudową tranzystora przy wykorzystaniu znanej met. stykowej i rezystancji termicznej między wnętrzem a otoczeniem używając pośrednią met. elektryczną
lI-pobudzanie tranzystora, zawartego w układzie przetwornicy boost pracującej w trybie granicznym, ciągiem impulsów prostokątnych napięcia sterującego jego bramkę o ustalonej częstotliwości i współczynniku wypełnienia aż do uzyskania st. ustalonego termicznie, zapewnienie pracy tej przetwornicy w tryb. granicznym przez dobranie indukcyjność induktora w przetwornicy wg.wzoru
III-wyznaczenie sumy energii włączania Eon i wyłączania wg.wzoru
IV-pomiar wartości temperatury w stanie termicznie ustalonym badanego tranzystora pracującego w ukł. przełącznika z obciążeniem rezystancyjnym przy bardzo wysokiej częstotliwości i rezystancji obciążenia zapewniającej uzyskanie identycznego prądu jak w etapie lI
V-wyliczenie wartości energii Eon równej różnicy prawej strony wzoru oraz wartości energii z etapu III.
Układ składa się z badanego tranzystora4, induktora18, diody zwrotnej23, diody impulsowej13, 5-ciu rezystorów, 5-ciu źródeł napięcia stałego, generatora przebiegu prostokątnego napięcia1, pięciu przełączników, dwóch woltomierzy, amperomierza21, termopary5, przetwornika A/C 8, sondy prądowej28, oscyloskopu29 oraz komputera9, gdzie generator przebiegu prostokątnego1 jest połączony przez rezystor RG 2 z bramką badanego tranzystora4 oraz przełącznikiem S3 3, którego drugie wyprowadzenie połączone jest do masy. Emiter badanego tranzystora 4 połączony jest z przełącznikiem S410 oraz wejściem przetwornika A-C 8, którego wyjście połączone jest z komputerem9. Zacisk pierwszy przełącznika S4 10 podłączony jest do masy, a zacisk drugi tego przełącznika połączony jest z rezystorem RM 11 i anodą diody impulsowej13. Katoda tej diody połączona jest z rezystorem RH 14 oraz jednym zaciskiem przełącznika SH 16, którego drugi zacisk połączony jest do masy. Ujemny zacisk źródła napięciowego EM 12 połączony jest z rezystorem RM 11. Ujemny zacisk źródła napięciowego EH 15 połączony jest z rezystorem RH 14. Dodatnie zaciski źródeł EM oraz EH podłączone są do masy. Pierwszy woltomierz6 połączony jest do zacisków termopary 5 zamocowanej na obudowie badanego tranzystora4. Drugi woltomierz7 włączony jest między zaciski kolektora i emitera badanego tranzystora 4. Kolektor tego tranzystora połączony jest do zacisków przełączników S1 19 i S2 20. Drugi zacisk przełącznika S1 19 połączony jest ze źródłem napięciowym Ein 17 przez induktor 18. Przełącznik S2 20 jest trzypozycyjny, a do zacisku trzeciego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego EC1 22 przez amperomierz21. Z kolei, do zacisku drugiego tego przełącznika dołączone jest źródło napięcia stałego Ee26 przez rezystor Re27, a do zacisku pierwszego tego przełącznika-anoda diody zwrotnej23. Katoda tej diody połączona jest z kondensatorem25 i rezystorem24, a ich pozostałe wyprowadzenia połączone są do masy. Sonda prądowa28 założona jest na przewodzie połączonym do emitera bad. tranzystora4, a jej wyjście podłączone jest do wejścia oscyloskopu29 (zał.3).
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Wynalazek ma zastosowanie przy kontroli jakości półprzewodnikowych przyrządów mocy dla przemysłu elektronicznego i elektrotechnicznego. Rozwiązanie jest bardzo obiecujące zwłaszcza w kontekście zastosowań w kontroli jakości w nowoczesnych systemach elektronicznych, takich jak napędy elektryczne, przemysł motoryzacyjny, przemysł energetyczny, automatyka przemysłowa czy techniki pomiarowe. TRL rozwiązania 5-6.