【经验】Vincotech 200A逆变模块用于伺服驱动器时驱动毛刺及震荡应如何处理？

时间： 2021-09-27 来源：世强

技术问答

笔者在参与45kW伺服驱动器成本优化项目上使用了威科200A的IGBT模块，在测试的时候遇到了驱动毛刺大的问题，最后顺利把问题解决掉，现在把处理问题的思路分享出来。笔者使用的模块型号是A0-VS126PA200M7-L999F70，是一款200A六单元的逆变模块。其特点如下图所示：

图1 模块的特点

此模块采用第7代IGBT芯片，有较低的饱和压降也就意味着有较低的发热量，同时使用了第7代IGBT芯片能提高模块的开通、关断速度，重要的是价格比同规格的英飞凌、斯达降低10%。笔者的驱动电路如下所示（截取部分图示）：

图2 W相上管驱动图示

实际测试的时候，WP处的波形存在明显的震荡以及毛刺，见下图所示：

图3 驱动波形图示

驱动波形上存在明显的震荡情况，震荡出现的地方是模块开通的时候，怀疑是开通的瞬间驱动电阻、PCB的寄生电感以及Cge电容形成了一个震荡电路。威科200A的模块IGBT测试条件中使用的驱动电阻为1Ω（见下图）

图4 威科模块手册中IGBT测试条件截图

笔者使用的驱动电阻为5.1Ω，远大于模块的测试值，可以压制部分震荡，若驱动电阻再次加大，面临的问题就是模块的温升会增大。

图5 威科模块手册中关于驱动电阻和损耗的关系图

从图5可以看出，在输出电流一定的情况下，驱动电阻越大模块开通时的损耗越大，也就意味着温升会越大，所以不能通过增大驱动电阻抑制驱动波形震荡，驱动电阻的阻值问题可以排除。检查PCB时，驱动部分走线较短，未发现存在较大折弯或者绕远的点（见下图所示），驱动PCB走线的问题也可以排除。

图6 驱动走线示意图（截取部分示意图，图中白色走线为驱动信号线）

检查Cge的时候发现，目前电路配置中C_ge是4.7nf。验证不同Cge对驱动波形的影响，在不同容值的情况下测试出来的驱动波形为：

（1）Cge为1nf

图7 Cge为1nf时驱动波形

（2）Cge为6.8nf

图8 Cge为6.8nf时的驱动波形

（3）Cge为10nf

尝试把C_ge电容更改为10nf，测试的驱动波形如下所示：

图9 Cge更改之后的驱动波形

从图7-图9可以看出，随着C_ge的增大，驱动波形的震荡部分变小，电容的增大破坏了原先的震荡电路，使得IGBT模块开通瞬间震荡降低。而关于C_ge的作用解释为：

当IGBT开通时，栅极电阻R_Gon可以调整di_c/dt，而最大di_c/dt由相应的续流二极管决定。尤其是在高压模块中，R_Gon将会导致di_c/dt高于数据手册中的正常值。同时更大的R_Gon将会在开通时影响du_ce/dt，使其降低。结果使得开关器件开通过程更加柔和，但与此同时将增加IGBT的开通损耗。因此倒不如独立于du_ce/dt来调整开通时的di_c/dt。这意味着把di_c/dt调整为合适的值尽快能使IGBT实现软开通，而同时尽可能地增加du_ce/dt。总的来说，开通损耗E_on就可以保持在数据手册地正常值或者更小。另一种常规方法使增加额外地栅-射极电容C_ge。