Jaka jest zasada obwodu sterującego tranzystora MOSFET dużej mocy?

Ten sam MOSFET dużej mocy, zastosowanie różnych obwodów napędowych uzyska inną charakterystykę przełączania. Zastosowanie dobrych parametrów obwodu napędowego może sprawić, że urządzenie przełączające moc będzie pracować w stosunkowo idealnym stanie przełączania, przy jednoczesnym skróceniu czasu przełączania, zmniejszeniu strat przełączania, duże znaczenie ma wydajność pracy, niezawodność i bezpieczeństwo instalacji. Dlatego zalety i wady obwodu napędowego bezpośrednio wpływają na wydajność obwodu głównego, coraz ważniejsza jest racjonalizacja projektu obwodu napędowego. Tyrystor mały rozmiar, niewielka waga, wysoka wydajność, długa żywotność, łatwy w użyciu, może z łatwością zatrzymać prostownik i falownik i nie może zmienić struktury obwodu przy założeniu zmiany wielkości prądu prostownika lub falownika. IGBT jest kompozytem urządzenie zMOSFETi GTR, który charakteryzuje się dużą szybkością przełączania, dobrą stabilnością termiczną, małą mocą napędową i prostym obwodem napędowym, a także ma zalety małego spadku napięcia w stanie włączenia, wysokiego napięcia wytrzymywanego i wysokiego prądu akceptacji. IGBT jako główne urządzenie wyjściowe mocy, szczególnie w miejscach o dużej mocy, jest powszechnie stosowany w różnych kategoriach.

Idealny obwód sterujący dla urządzeń przełączających MOSFET dużej mocy powinien spełniać następujące wymagania:

(1) Gdy lampa przełączająca moc jest włączona, obwód sterujący może zapewnić szybko rosnący prąd bazowy, dzięki czemu po włączeniu jest wystarczająca moc sterująca, zmniejszając w ten sposób straty przy włączaniu.

(2) Podczas przewodzenia lampy przełączającej prąd bazowy dostarczany przez obwód sterownika MOSFET może zapewnić, że lampa zasilająca będzie w stanie przewodzenia nasyconego w każdych warunkach obciążenia, zapewniając stosunkowo niskie straty przewodzenia. Aby skrócić czas przechowywania, urządzenie przed wyłączeniem powinno znajdować się w krytycznym stanie nasycenia.

(3) wyłączenie, obwód napędowy powinien zapewniać wystarczający napęd wsteczny, aby szybko wyciągnąć pozostałe nośniki w obszarze bazowym, aby skrócić czas przechowywania; i dodaj napięcie odcięcia polaryzacji wstecznej, tak aby prąd kolektora szybko spadał, aby skrócić czas lądowania. Oczywiście wyłączenie tyrystora nadal następuje głównie przez spadek napięcia na odwrotnej anodzie, aby zakończyć wyłączenie.

Obecnie napęd tyrystorowy z porównywalną liczbą izolacji przechodzi przez transformator lub transoptor, aby oddzielić koniec niskiego napięcia od końca wysokiego napięcia, a następnie przez obwód konwersji w celu napędzania przewodzenia tyrystora. Na IGBT do bieżącego wykorzystania większej liczby modułów napędowych IGBT, ale także zintegrowanych IGBT, samoobsługi systemu, autodiagnostyki i innych modułów funkcjonalnych IPM.

W tym artykule dla tyrystora, którego używamy, zaprojektujemy eksperymentalny obwód napędowy i zatrzymamy prawdziwy test, aby udowodnić, że może on sterować tyrystorem. Jeśli chodzi o napęd IGBT, w tym artykule przedstawiono głównie obecne główne typy napędów IGBT, jak również odpowiadający im obwód napędowy oraz najczęściej używany napęd izolujący transoptor w celu zatrzymania eksperymentu symulacyjnego.

2. Badanie obwodu napędu tyrystorowego. Ogólne warunki pracy tyrystora są następujące:

(1) tyrystor przyjmuje napięcie anody odwrotnej, niezależnie od tego, jakie napięcie przyjmuje bramka, tyrystor jest w stanie wyłączonym.

(2) Tyrystor przyjmuje napięcie anody przewodzenia, tylko w przypadku bramki przyjmuje napięcie dodatnie, tyrystor jest włączony.

(3) Tyrystor w stanie przewodzenia, tylko pewne dodatnie napięcie anody, niezależnie od napięcia bramki, tyrystor nalegał na przewodzenie, to znaczy po przewodzeniu tyrystora bramka została utracona. (4) tyrystor w stanie przewodzenia, gdy napięcie (lub prąd) w obwodzie głównym spada do wartości bliskiej zeru, następuje wyłączenie tyrystora. Wybieramy tyrystor TYN1025, jego napięcie wytrzymywane wynosi 600 V do 1000 V, prąd do 25 A. wymaga, aby napięcie napędu bramki wynosiło od 10 V do 20 V, a prąd napędu wynosił od 4 mA do 40 mA. a jego prąd konserwacyjny wynosi 50 mA, prąd silnika wynosi 90 mA. amplituda sygnału wyzwalającego DSP lub CPLD do 5 V. Przede wszystkim tak długo, jak amplituda 5 V na 24 V, a następnie przez transformator izolacyjny 2:1 w celu konwersji sygnału wyzwalającego 24 V na sygnał wyzwalający 12 V, spełniając jednocześnie funkcję izolacji górnego i dolnego napięcia.

Projektowanie i analiza obwodów eksperymentalnych

Przede wszystkim obwód wzmacniający, ze względu na obwód transformatora izolującego w tylnym stopniuMOSFETurządzenie potrzebuje sygnału wyzwalającego 15V, dlatego należy najpierw amplitudować sygnał wyzwalający 5V na sygnał wyzwalający 15V, poprzez sygnał MC14504 5V, konwertowany na sygnał 15V, a następnie przez CD4050 na wyjściu kształtowania sygnału napędu 15V, kanał 2 jest podłączony do sygnału wejściowego 5V, kanał 1 jest podłączony do wyjścia Kanał 2 jest podłączony do sygnału wejściowego 5V, kanał 1 jest podłączony do wyjście sygnału wyzwalającego 15V.

Druga część to obwód transformatora izolującego, główną funkcją obwodu jest: sygnał wyzwalający 15 V, konwertowany na sygnał wyzwalający 12 V w celu wyzwolenia przewodzenia tylnej części tyrystora oraz wykonania sygnału wyzwalającego 15 V i odległości między tyłem scena.

Zasada działania obwodu jest następująca: ze względu naMOSFETIRF640 steruje napięciem 15V, a więc przede wszystkim w J1 dostęp do sygnału prostokątnego 15V, poprzez rezystor R4 podłączony do regulatora 1N4746, żeby napięcie wyzwalania było stabilne, ale też żeby napięcie wyzwalania nie było zbyt wysokie , spalony MOSFET, a następnie do MOSFET IRF640 (w rzeczywistości jest to lampa przełączająca, kontrola tylnego końca otwierania i zamykania. Kontroluj tylny koniec włączania i wyłączanie), po kontrolowaniu współczynnika wypełnienia sygnału sterującego, aby móc kontrolować czas włączania i wyłączania MOSFET-u. Gdy MOSFET jest otwarty, co odpowiada jego masie bieguna D, wyłączony, gdy jest otwarty, po obwodzie końcowym odpowiadającym 24 V. Transformator przechodzi zmianę napięcia, aby wytworzyć prawy koniec sygnału wyjściowego 12 V . Prawy koniec transformatora podłączamy do mostka prostowniczego, po czym na złącze X1 wyprowadzany jest sygnał 12V.

Problemy napotkane podczas eksperymentu

Przede wszystkim po włączeniu zasilania nagle przepalił się bezpiecznik, a później podczas sprawdzania obwodu okazało się, że był problem z początkowym projektem obwodu. Początkowo, aby poprawić efekt wyjścia lampy przełączającej, separacja masy 24 V i 15 V, co sprawia, że ​​biegun G bramki MOSFET-a jest równoważny tyłowi bieguna S, jest zawieszony, co powoduje fałszywe wyzwalanie. Leczenie polega na połączeniu masy 24 V i 15 V i ponownym przerwaniu eksperymentu, obwód działa normalnie. Połączenie obwodu jest normalne, ale gdy uczestniczy w sygnale napędowym, nagrzewa się MOSFET i sygnale napędowym przez pewien czas, bezpiecznik jest przepalany, a następnie dodaje sygnał napędowy, bezpiecznik jest bezpośrednio przepalany. Sprawdź, czy w obwodzie stwierdzono, że cykl pracy wysokiego poziomu sygnału sterującego jest zbyt duży, co powoduje, że czas włączenia MOSFET-u jest zbyt długi. Konstrukcja tego obwodu sprawia, że ​​gdy MOSFET jest otwarty, napięcie 24 V jest dodawane bezpośrednio do końcówek MOSFET-u i nie jest dodawany rezystor ograniczający prąd, jeśli czas włączenia jest zbyt długi, aby prąd był zbyt duży, następuje uszkodzenie MOSFET-u, potrzeba regulacji współczynnika wypełnienia sygnału nie może być zbyt duża, zwykle w granicach 10–20%.

2.3 Weryfikacja obwodu napędowego

W celu sprawdzenia wykonalności obwodu sterującego wykorzystujemy go do napędzania obwodu tyrystorowego połączonego ze sobą szeregowo, tyrystora szeregowo ze sobą, a następnie antyrównoległego, dostęp do obwodu z reaktancją indukcyjną, zasilanie jest źródłem napięcia prądu przemiennego 380 V.

MOSFET w tym obwodzie tyrystorowy sygnał wyzwalający Q2, Q8 poprzez dostęp G11 i G12, natomiast sygnał wyzwalający Q5, Q11 poprzez dostęp G21, G22. Zanim sygnał sterujący zostanie odebrany na poziomie bramki tyrystora, w celu poprawy zdolności przeciwzakłóceniowej tyrystora, bramka tyrystora jest połączona z rezystorem i kondensatorem. Obwód ten jest podłączony do cewki indukcyjnej, a następnie podłączony do obwodu głównego. Po kontrolowaniu kąta przewodzenia tyrystora w celu sterowania dużą cewką indukcyjną w czasie obwodu głównego, górny i dolny obwód kąta fazowego różnicy sygnału wyzwalającego wynoszącej pół cyklu, górne G11 i G12 są przez cały czas sygnałem wyzwalającym poprzez obwód napędowy przedniego stopnia transformatora izolującego jest odizolowany od siebie, dolne G21 i G22 są również izolowane od tego samego sposobu sygnału. Dwa sygnały wyzwalające wyzwalają przeciwrównoległe przewodzenie obwodu tyrystorowego, dodatnie i ujemne, powyżej 1 kanał jest podłączony do całego napięcia obwodu tyrystora, w przewodzeniu tyrystora przyjmuje wartość 0, a 2, 3 kanały są podłączone do obwodu tyrystora w górę i w dół sygnałów wyzwalających drogę, kanał 4 mierzony jest przepływem całego prądu tyrystora.

2 kanały zmierzyły dodatni sygnał wyzwalający, wyzwalany powyżej przewodzenia tyrystora, prąd jest dodatni; 3 kanały zmierzyły sygnał wyzwalający odwrotny, wyzwalający dolny obwód przewodzenia tyrystora, prąd jest ujemny.

3. Obwód napędowy IGBT seminarium Obwód napędowy IGBT ma wiele specjalnych wymagań, podsumowując:

(1) napędzać szybkość narastania i opadania impulsu napięcia powinna być wystarczająco duża. igbt włącza się, zbocze narastające stromego napięcia bramki jest dodawane do bramki G i emitera E pomiędzy bramką, tak że jest szybko włączane, aby osiągnąć najkrótszy czas włączenia i zmniejszyć straty przy włączaniu. Podczas wyłączania IGBT obwód napędowy bramki powinien zapewniać na krawędzi lądowania IGBT bardzo strome napięcie wyłączenia, a bramce G IGBT i emiterowi E pomiędzy odpowiednim napięciem polaryzacji zaporowej, tak aby szybkie wyłączenie IGBT, skrócić czas wyłączenia, zredukować strata przy wyłączeniu.

(2) Po przewodzeniu IGBT napięcie i prąd napędu dostarczane przez obwód napędu bramki powinny mieć amplitudę wystarczającą dla napięcia i prądu napędu IGBT, tak aby moc wyjściowa IGBT była zawsze w stanie nasycenia. Przejściowe przeciążenie, moc sterująca dostarczana przez obwód napędowy bramki powinna być wystarczająca, aby zapewnić, że IGBT nie opuści obszaru nasycenia i nie ulegnie uszkodzeniu.

(3) Obwód napędowy bramki IGBT powinien zapewniać dodatnie napięcie sterujące IGBT, aby przyjęło odpowiednią wartość, szczególnie w procesie działania zwarciowego sprzętu używanego w IGBT, dodatnie napięcie sterujące powinno być dobrane do wymaganej minimalnej wartości. Optymalne napięcie bramki IGBT powinno wynosić od 10 V do 15 V.

(4) Proces wyłączania IGBT, ujemne napięcie polaryzacji przyłożone pomiędzy bramką a emiterem sprzyja szybkiemu wyłączeniu IGBT, ale nie powinno być zbyt duże, zwykle przyjmuje się od -2 V do -10 V.

(5) w przypadku dużych obciążeń indukcyjnych zbyt szybkie przełączanie jest szkodliwe, duże obciążenia indukcyjne w szybkim włączaniu i wyłączaniu IGBT powodują wysoką częstotliwość i dużą amplitudę oraz wąską szerokość napięcia szczytowego Ldi / dt , kolec nie jest łatwy do wchłonięcia, łatwo tworzy uszkodzenie urządzenia.

(6) Ponieważ IGBT jest używany w miejscach pod wysokim napięciem, zatem obwód napędowy powinien wraz z całym obwodem sterującym mieć potencjał poważnej izolacji, przy zwykłym zastosowaniu szybkiej izolacji sprzęgła optycznego lub izolacji sprzęgła transformatora.

Stan obwodu napędu

Wraz z rozwojem technologii zintegrowanej, obecny obwód napędowy bramki IGBT jest w większości kontrolowany przez zintegrowane chipy. Tryb sterowania to nadal głównie trzy rodzaje:

(1) wyzwalanie bezpośrednie, brak izolacji galwanicznej pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi.

(2) Sterowanie izolacją transformatora pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi za pomocą izolacji transformatora impulsowego, poziom napięcia izolacji do 4000V.

Istnieją 3 następujące podejścia

Podejście pasywne: wyjście transformatora wtórnego służy do bezpośredniego napędzania IGBT, ze względu na ograniczenia wyrównania woltosekundowego ma zastosowanie tylko w miejscach, gdzie współczynnik wypełnienia nie zmienia się zbytnio.

Metoda aktywna: transformator dostarcza tylko izolowane sygnały, w obwodzie wtórnego wzmacniacza z tworzywa sztucznego do sterowania IGBT, kształt fali sterującej jest lepszy, ale konieczne jest zapewnienie oddzielnego zasilania pomocniczego.

Metoda samodzielnego zasilania: transformator impulsowy służy do przesyłania zarówno energii napędowej, jak i technologii modulacji i demodulacji wysokiej częstotliwości do transmisji sygnałów logicznych, podzielonych na samozasilanie typu modulacyjnego i samozasilanie w technologii podziału czasu, w którym modulacja -typ samozasilania mostka prostowniczego w celu wygenerowania wymaganego zasilania, technologia modulacji i demodulacji wysokiej częstotliwości do przesyłania sygnałów logicznych.

3. Styk i różnica pomiędzy tyrystorem a napędem IGBT

Obwód napędowy tyrystora i IGBT ma różnicę między podobnym środkiem. Przede wszystkim dwa obwody napędowe muszą odizolować od siebie urządzenie przełączające i obwód sterujący, aby uniknąć wpływu obwodów wysokiego napięcia na obwód sterujący. Następnie oba są podawane na sygnał napędu bramki w celu uruchomienia urządzenia przełączającego. Różnica polega na tym, że napęd tyrystorowy wymaga sygnału prądowego, podczas gdy IGBT wymaga sygnału napięciowego. Po przewodzeniu urządzenia przełączającego bramka tyrystora utraciła kontrolę nad użyciem tyrystora, jeśli chcesz wyłączyć tyrystor, zaciski tyrystora należy dodać do napięcia wstecznego; i wyłączenie IGBT wystarczy dodać do bramki ujemnego napięcia sterującego, aby wyłączyć IGBT.

4. Wniosek

Artykuł ten jest podzielony głównie na dwie części narracji: pierwszą część dotyczącą tyrystorowego obwodu sterującego z prośbą o zatrzymanie narracji, projekt odpowiedniego obwodu napędowego oraz projekt obwodu zastosowany w praktycznym obwodzie tyrystorowym poprzez symulację oraz eksperymenty mające na celu udowodnienie wykonalności obwodu sterującego, proces eksperymentalny napotkany podczas analizy zatrzymanych i rozwiązanych problemów. Druga część głównej dyskusji na temat IGBT na żądanie obwodu sterującego i na tej podstawie dalsze wprowadzenie obecnie powszechnie używanego obwodu sterującego IGBT oraz głównego obwodu sterującego izolującego transoptor w celu zatrzymania symulacji i eksperymentu, aby udowodnić wykonalność obwodu napędowego.