В качестве силовых ключей в инверторах используются модули транзисторов IGBT. Каждый модуль содержит на своей подложке по два (для генератора) или по три (тяговый двигатель) кристалла (транзистора), которые для увеличения нагрузочной способности соединены параллельно.
Работу каскада управления модулем IGBT приведу для модуля из трёх транзисторов. Заключается она в следующем. Сигнал управления ключами поступает на вход драйвера. Далее сигнал через усилитель мощности поступает на входы управляющих затворов самих транзисторов. В схеме предусмотрено ограничение пиковых токов, проходящих через каждый транзистор. Данная функция возложена на схемы токовой защиты, которые предусмотрены для каждого транзистора индивидуально. Информация о токе с каждого транзистора поступает на вход соответствующей ему схеме токовой защиты, и в случае появления бросков тока схема должна «прикрывать» соответствующий ключ, т.е. она работает как регулятор. Кроме того, в случае возникновения подобной ситуации со средним транзистором, то тут происходит полное отключение всего модуля.
Такая идея лежит в основе схемы управления ключами инверторов LEXUS и PRIUS. Одним из отличий инверторов LEXUS и PRIUS заключается в реализации самой схемы токовой защиты. В инверторах приуса транзистры работают в линейном режиме, т.е. как регулятор. В случае возникновения перегрузки по току, схема «прикрывает» соответствующий транзистор. Правда, на практике этот режим IGBT весьма не предсказуем. Результатом может стать перегрев транзистора. В этом случае должна сработать схема контроля температуры кристалла и отключить инвертор.
Что же в Лексусе. Там токовая защита тоже есть, но она неработоспособна в принципе. Дело в том, что эту схему можно настроить по-разному: или как выключатель, или как регулятор (вариант с Приусом), или ей на всё по фиг (вариант с лексусом). Сохранена только цепь отключения модуля в случае перегрузки среднего кристалла. При этом ничто не может ограничить ток через них.
Что получается. В Приусе схемотехнически предусмотренно ограничение максимального тока через ключи и установлена защита их затворов. И можно только догадываться, что задумывали инженеры в варианте с Лексусом, но от идеи реализовать такую же защиту там - они отказались. Непонятно, правда, зачем тогда схему на плату городить, раз всё равно она не работает.
По идее, восстановление работы схем токовой защиты и защиты затворов заключается в изменении номиналов резисторов в одних местах, и навешиванию недостающие элементов – в других. Для некоторых из них даже места свободные оставлены. Правда, габаритные размеры этих мест не всегда соответствуют размеру необходимого элемента.
Хочу сказать по поводу ограничения максимального тока путём перепрошивки. Это, действительно, имеет успех. Но надо понимать, что в этом случае ограничивается ток всего модуля. А через какой из трёх транзисторов этот ток будет протекать, программа определить и повлиять не в состоянии. В принципе, ток между транзисторами должен распределиться за счёт их положительного температурного коэффициента напряжения насыщения (ТК). К тем годам (2004г) уже использовались такие IGBT. Предыдущие же поколения этих транзисторов обладали отрицательным ТК, что затрудняло их параллельную работу. По результату эксперимента с модулем, признаков наличия у них положительного ТК обнаружить не удалось. Поэтому можно предположить, что используемые транзисторы по структуре относятся к так называемым PT IGBT, у которых ТК становится положительным при значениях токов ближе к максимальным (ближе к сотни ампер), что позволяет с успехом организовать их параллельную работу без перекоса токов и без возникновения при этом дополнительных потерь. Но вот к резким броскам тока эти транзисторы приспособлены слабо. К этому добавлю, что в этом случае любая программная защита по быстродействию не идёт ни в какое сравнение с правильно рассчитанной и построенной защитой электронной.
Еще про Лексус. Есть элементарные правила включения транзисторов IGBT. Например, рекомендуются использовать внешнюю защиту управляющих затворов, ограничивающую выбросы напряжения, которые могут возникнуть на них при переходе ключей из одного состояния в другое. В результате действия таких импульсов транзисторы могут самопроизвольно открыться. Здесь же никаких элементов, принадлежащих к данному виду защиты обнаружить не удастся. В отличие от Приуса. Смотрим на фото инвертора Лексус ниже:
Правый нижний транзистор с чёрной точкой. Так и выглядит пробитый затвор. Транзистор слева вверху с таким же дефектом. Затворы пробиваются, остаётся по два транзистора, которых наверняка хватает ненадолго. В подтверждение версии приведу фото ключей Эстимы.
Первый слева транзистор, внизу, та же точка. Иногда авто при этом даже работает. Плохо, но работает. А потом происходит то, что видим справа. И всё дело в том, что в инверторах Эстимы так же нет защиты затворов. При этом токовая защита реализована правильно.
