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IGBTとドライバーの危ない関係

最近 IGBTを使って高電圧を発生させる回路を設計していますが、 昔、設計された基板でIGBTを単体で確認したら、リーク電流が多く IGBTが多数、劣化していました。いろいろ調べたら、IGBTの高圧 電源とドライバの制御電源で危ない関係を見つけました。 新しいデバイスを調べると面白い現象が見つかります。
  • やまさん

    長期運用後に不具合が見つかるとドキドキですね。

    はじめてのデバイスは一度使ってみないと中々勘所が見えてきませんから、
    面白い現象だったり、ヒヤヒヤする現象だったり、いろいろですねー。

  • In reply to Kirin:

    Kirinさん 

    昔 ほかの人が設計したもので幸いにも市場には出ていなかったので安心しましたが、IGBTの劣化が見つかり、

    原因は2つありました。

    一つはGate電圧でした。制御電圧の電源は一般的な24VでIGBTのドライバにも24Vを供給していました。

    しかし、IGBTのGate電圧は、あれーっ ±20Vが絶対最大定格でした。これには冷や汗をかきました。

  • In reply to やま:

    やまさん

    あら、たったの4Vで、やられちゃいましたか。

    FETとかもGate電圧が低くいとGateを抵抗分圧して制御したりしなくちゃいけないから、めんどくさいんですよねー。

  • In reply to Kirin:

    Kirinさん ごめんなさい 名前が違っていました。 

    ここの投稿は修正ができないんですね。Postで修正できました。 

    FETはGate電圧が高いのがあるので24V電源でもいろいろ選択できますが、

    IGBTは普通は±20VMaxなので、

    Gate電圧に合わせて回路を調整しないといけないので面倒です。

    24V電源に合わせて、±30V位にしてもらうと安心ですが、。

    もう1つ大きな原因がありました。

    おそらくこちらでIGBTが劣化したと思います。

    それは、制御電源と主回路電源の投入タイミングでした。

    FETの構造とFETのリスクを、きちんと理解して設計しないと大変なことになります。

    おそらく、既存の製品にも隠れていると思います。 

  • In reply to やま:

    やまさん

    電源シーケンスはIGBTとかに関わらず大切ですよねー。
    レベルシフタを構成する部品を増やして電源シーケンスフリーにすれば、
    細かいことを考えなくてもいいんですけども、コストとのトレードオフですかねー。

  • In reply to Kirin:

    Kirinさん

    最初の回路では制御電源に高速フォトカプラタイプのドライバを使用し、数十Ωの抵抗でゲートに接続してありました。

    このタイプのドライバは、電源が入っていないとオープンになります。

    このため、主回路電源が先に入ると、リーク電流でゲート電圧が上がり、IGBTがオンしてしまいます。

    これが、IGBTが劣化した原因でした。これは怖いです。

  • In reply to やま:

    やまさん

    オープンだと不定値になって危ないですね。
    デジタルトランジスタならぬ、デジタルIGBTとかならゲートにプルアップダウンが内蔵されて、
    オープンになることがなくて良いかもしれませんけど。

    むかし、FPGAに内部プルアップ機能が入っていない頃、FPGAのコンフィグ完了前に制御信号が軒並み不定値になって(嫌な方に転んで)
    バス制御用の信号が全て同時に有効になってしまい、強力なバスファイトを起こしたことがあります。
    ボードの上で目玉焼きが作れそうなくらい熱くなって、とっても嫌な臭いがしましたしorz
    一瞬たりとも不定値にならないように気をつけなきゃですね。

  • In reply to Kirin:

    Kirinさん

    ドライバの出力にプルダウンの抵抗を追加して、一応IGBTの劣化は解消されました。

    IGBTのドライバは24V電源が入ると、ゲートが過電圧になり、電源がないとゲートがオープンになってかなり悪い相性です。

    回路図を確認するときの注意点に追加しました。

    FPGAもなかなか分かりにくいですね。回路図の中に、プルアップ・ダウンの有無と抵抗値を記載してくれる後で助かるのですが

    、ハード設計とプログラム設計のコミュニケーションがなかなか難しいです。

    大昔ですが、FPGAの入力に接続するフォトカプラの出力で外部にプルアップし、FPGA内部にもプルアップしたので、フォトカプラ

    の駆動能力が不足して、入力電圧が半端に下がっていたようで、FPGAのロットが変わった時に動かない基板が出たことがありました。

    調べた結果、FPGAが内部でプルアップしていることが動作不良の原因だったことが分かりました。

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