Які прынцып схемы кіравання MOSFET высокай магутнасці?

Той жа магутны MOSFET, выкарыстанне розных схем прывада атрымае розныя характарыстыкі пераключэння. Выкарыстанне добрай прадукцыйнасці ланцуга прывада можа прымусіць прыладу пераключэння харчавання працаваць у адносна ідэальным стане пераключэння, адначасова скарачаючы час пераключэння, памяншаючы страты пры пераключэнні, усталяванне эфектыўнасці працы, надзейнасці і бяспекі мае вялікае значэнне. Такім чынам, перавагі і недахопы схемы прывада непасрэдна ўплываюць на прадукцыйнасць асноўнай схемы, рацыяналізацыя канструкцыі схемы прывада становіцца ўсё больш важнай. Тырыстар невялікі памер, малы вага, высокая эфектыўнасць, працяглы тэрмін службы, просты ў выкарыстанні, можа лёгка спыніць выпрамнік і інвертар, і не можа змяніць структуру схемы пры ўмове змены памеру току выпрамніка або інвертара. IGBT з'яўляецца кампазітным прылада стMOSFETі GTR, які мае такія характарыстыкі, як высокая хуткасць пераключэння, добрая тэрмічная стабільнасць, малая магутнасць прывада і простая схема прывада, а таксама мае перавагі невялікага падзення напружання ў стане, высокага вытрымліванага напружання і высокага прымальнага току. IGBT як асноўная прылада выхаду магутнасці, асабліва ў месцах з высокай магутнасцю, шырока выкарыстоўваецца ў розных катэгорыях.

Ідэальная схема кіравання для камутацыйных прылад MOSFET высокай магутнасці павінна адпавядаць наступным патрабаванням:

(1) Калі лямпа пераключэння сілкавання ўключана, ланцуг кіравання можа забяспечваць хутка нарастаючы базавы ток, так што пры ўключэнні будзе дастаткова магутнасці кіравання, што зніжае страты пры ўключэнні.

(2) Падчас праводнасці камутацыйнай трубкі базавы ток, які забяспечваецца схемай драйвера MOSFET, можа гарантаваць, што сілавая трубка знаходзіцца ў насычаным стане праводнасці пры любой нагрузцы, забяспечваючы параўнальна нізкія страты праводнасці. Каб скараціць час захоўвання, перад выключэннем прылада павінна знаходзіцца ў стане крытычнага насычэння.

(3) адключэнне, схема прывада павінна забяспечваць дастатковую колькасць зваротнага базавага прывада для хуткага выдалення астатніх носьбітаў у базавай вобласці, каб скараціць час захоўвання; і дадайце напружанне адключэння зваротнага зрушэння, каб ток калектара хутка падаў, каб скараціць час пасадкі. Вядома, адключэнне тырыстара па-ранейшаму ў асноўным шляхам зваротнага падзення напружання анода для завяршэння адключэння.

У цяперашні час тырыстарны дыск з супастаўнай колькасцю проста праз трансфарматар або ізаляцыю оптапары, каб аддзяліць канец нізкага напружання і канец высокага напружання, а затым праз схему пераўтварэння для кіравання праводнасцю тырыстара. На IGBT для бягучага выкарыстання больш модуля прывада IGBT, але таксама інтэграваны IGBT, сістэмы самаабслугоўвання, самадыягностыкі і іншых функцыянальных модуляў IPM.

У гэтым артыкуле для тырыстара, які мы выкарыстоўваем, распрацуем эксперыментальную схему кіравання і спынім рэальны тэст, каб даказаць, што ён можа кіраваць тырыстарам. Што датычыцца прывада IGBT, у гэтым артыкуле ў асноўным прадстаўлены асноўныя сучасныя тыпы прывада IGBT, а таксама іх адпаведная схема прывада і найбольш часта выкарыстоўваны ізаляцыйны прывад оптапары для спынення эксперыменту мадэлявання.

2. Даследаванне ланцуга прывада тырыстара ў цэлым працоўныя ўмовы тырыстара:

(1) тырыстар прымае зваротнае напружанне анода, незалежна ад таго, якое напружанне прымае затвор, тырыстар знаходзіцца ў выключаным стане.

(2) Тырыстар прымае прамое аноднае напружанне, толькі ў выпадку, калі засаўка прымае станоўчае напружанне, тырыстар уключаны.

(3) Тырыстар ва ўмовах праводнасці, толькі пэўнае станоўчае напружанне анода, незалежна ад напружання засаўкі, тырыстар настойваў на праводнасці, гэта значыць пасля праводнасці тырыстара, засаўка губляецца. (4) тырыстар ў стане праводнасці, калі напружанне асноўнай ланцуга (або ток) зніжаецца амаль да нуля, тырыстар адключаецца. Выбіраем тырыстар TYN1025, яго вытрымліваюць напружанне ад 600В да 1000В, ток да 25А. для гэтага патрабуецца напружанне прывада засаўкі ад 10 В да 20 В, ток прывада ад 4 мА да 40 мА. і яго ток абслугоўвання складае 50 мА, ток рухавіка складае 90 мА. амплітуда трыгернага сігналу DSP або CPLD дасягае 5 В. Перш за ўсё, пакуль амплітуда 5 В у 24 В, а затым праз ізаляцыйны трансфарматар 2:1 для пераўтварэння трыгернага сігналу 24 В у трыгерны сігнал 12 В, выконваючы функцыю ізаляцыі верхняга і ніжняга напружання.

Распрацоўка і аналіз эксперыментальнай схемы

Перш за ўсё, схема павышэння, з-за ланцуга ізаляцыйнага трансфарматара ў задняй ступеніMOSFETпрылада мае патрэбу ў трыгерным сігнале 15 В, таму трэба спачатку ператварыць амплітуду трыгернага сігналу 5 В у трыгерны сігнал 15 В, праз сігнал 5 В MC14504, ператвораны ў сігнал 15 В, а затым праз CD4050 на выхадзе фармавання сігналу прывада 15 В, канал 2 падключаецца да ўваходнага сігналу 5 В, канал 1 падключаецца да выхаду Канал 2 падключаецца да ўваходу 5 В сігналу, канал 1 падлучаны да выхаду трыгернага сігналу 15В.

Другая частка - гэта схема ізалявальнага трансфарматара, асноўная функцыя схемы: трыгерны сігнал 15 В, пераўтвораны ў трыгерны сігнал 12 В, каб выклікаць заднюю частку тырыстара, а таксама для запуску трыгернага сігналу 15 В і адлегласці паміж задняй часткай этап.

Прынцып працы схемы: за коштMOSFETIRF640 прывада напружання 15V, таму, перш за ўсё, у J1 доступ да 15V квадратнага сігналу, праз рэзістар R4 падлучаны да рэгулятара 1N4746, так што напружанне трыгера з'яўляецца стабільным, але і зрабіць напружанне трыгера не занадта высокім , згарэў MOSFET, а затым да MOSFET IRF640 (на самай справе, гэта камутацыйная трубка, кіраванне заднім канцом адтуліны і Кантралюйце заднюю частку ўключэння і выключэння) пасля кіравання працоўным цыклам сігналу прывада, каб мець магчымасць кантраляваць час уключэння і выключэння MOSFET. Калі МАП-транзістар адкрыты, эквівалентна яго D-полюсу зазямлення, выключаны, калі ён адкрыты, пасля ўнутранай схемы, эквівалентнай 24 В. І трансфарматар праз змену напружання робіць правы канец выхаднога сігналу 12 В . Правы канец трансфарматара падключаецца да выпрамнільнага моста, а затым сігнал 12В выводзіцца з раздыма X1.

Праблемы, якія ўзніклі падчас эксперыменту

Па-першае, пры ўключэнні электраэнергіі раптоўна перагарэў засцерагальнік, а пазней пры праверцы ланцуга выявілася, што была праблема з першапачатковай схемой. Першапачаткова, каб палепшыць эфект ад выхаду камутацыйнай трубкі, раздзяленне зазямлення 24 В і 15 В, што робіць полюс G засаўкі MOSFET эквівалентным задняй частцы полюса S, прыпыняецца, што прыводзіць да ілжывага спрацоўвання. Лячэнне заключаецца ў злучэнні зазямлення 24 В і 15 В, і зноў, каб спыніць эксперымент, схема працуе нармальна. Падключэнне ланцуга нармальнае, але калі ўдзельнічае ў сігнале прывада, цяпле MOSFET, а таксама сігнале прывада на працягу пэўнага перыяду часу, засцерагальнік перагарае, а затым дадаецца сігнал прывада, засцерагальнік непасрэдна перагарае. Праверка схемы выявіла, што высокі ўзровень запаўнення сігналу прывада занадта вялікі, у выніку чаго час уключэння MOSFET занадта вялікі. Канструкцыя гэтай схемы робіць, калі МАП-транзістар адкрыты, 24 В дадаецца непасрэдна да канцоў МАП-транзістара і не дадаецца рэзістар для абмежавання току, калі час уключэння занадта доўгі, каб ток быў занадта вялікім, пашкоджанне МАП-транзістара, неабходнасць рэгулявання працоўнага цыклу сігналу не можа быць занадта вялікім, як правіла, у 10% да 20% або каля таго.

2.3 Праверка схемы прывада

Для таго, каб праверыць мэтазгоднасць схемы прывада, мы выкарыстоўваем яе для кіравання ланцугом тырыстара, злучанага паслядоўна адзін з адным, тырыстара паслядоўна адзін з адным, а затым антыпаралельна, доступ да ланцуга з індуктыўным супраціўленнем, крыніца харчавання з'яўляецца крыніцай пераменнага току 380В.

MOSFET ў гэтай схеме, тырыстар Q2, Q8 сігнал запуску праз G11 і G12 доступу, у той час як Q5, Q11 сігнал запуску праз G21, G22 доступу. Перш чым сігнал прывада будзе атрыманы на ўзроўні засаўкі тырыстара, каб палепшыць здольнасць тырыстара супраць перашкод, засаўка тырыстара падключаецца да рэзістара і кандэнсатара. Гэты ланцуг падключаецца да індуктара, а затым уключаецца ў асноўны ланцуг. Пасля кіравання вуглом праводнасці тырыстара для кіравання вялікай шпулькай індуктыўнасці ў час асноўнай ланцуга, верхні і ніжні ланцугі фазавага вугла трыгернага сігналу розніцы ў паўцыкла, верхнія G11 і G12 з'яўляюцца трыгерным сігналам на ўсім шляху праз ланцуг прывада пярэдняга каскаду ізалявальны трансфарматар ізаляваны адзін ад аднаго, ніжні G21 і G22 таксама ізаляваны ад сігналу такім жа чынам. Два трыгерных сігналу запускаюць антыпаралельную тырыстарную ланцуг станоўчую і адмоўную праводнасць, вышэй 1 канала падключаецца да ўсёй напругі тырыстарнай ланцуга, у тырыстарнай праводнасці яно становіцца 0, а 2, 3 канал падключаецца да тырыстарнай ланцуга ўверх і ўніз трыгерных сігналаў дарогі, 4 канала вымяраецца патокам усяго току тырыстара.

2 канала вымяраецца станоўчы трыгерны сігнал, спрацоўвае вышэй тырыстара праводнасці, ток з'яўляецца станоўчым; 3 канала вымяраецца сігнал зваротнага трыгера, выклікаючы ніжнюю ланцуг тырыстара праводнасці, ток адмоўны.

3. Схема прывада IGBT семінара Схема прывада IGBT мае шмат спецыяльных запытаў, рэзюмаваныя:

(1) дыск хуткасць нарастання і падзення імпульсу напружання павінна быць дастаткова вялікім. igbt ўключаецца, пярэдні фронт крутога напружання засаўкі дадаецца да засаўкі G і эмітэра E паміж засаўкай, так што ён хутка ўключаецца для дасягнення самага кароткага часу ўключэння, каб паменшыць страты пры ўключэнні. Пры адключэнні IGBT ланцуг прывада засаўкі павінен забяспечваць край пасадкі IGBT вельмі рэзкае напружанне адключэння, а IGBT затвор G і эмітар E паміж адпаведнай напругай зваротнага зрушэння, так што IGBT хуткае адключэнне, скараціць час адключэння, паменшыць страта адключэння.

(2) Пасля праводнасці IGBT напружанне і ток прывада, якія забяспечваюцца ланцугом прывада затвора, павінны мець дастатковую амплітуду для напружання і току прывада IGBT, так што выхад магутнасці IGBT заўсёды знаходзіцца ў насычаным стане. Пераходная перагрузка, рухаючая магутнасць, якая забяспечваецца ланцугом прывада засаўкі, павінна быць дастатковай, каб гарантаваць, што IGBT не выйдзе з вобласці насычэння і не пашкодзіць.

(3) Схема прывада затвора IGBT павінна забяспечваць станоўчае напружанне прывада IGBT, каб прыняць адпаведнае значэнне, асабліва ў працэсе працы кароткага замыкання абсталявання, якое выкарыстоўваецца ў IGBT, станоўчае напружанне прывада павінна быць выбрана мінімальна неабходным. Пераключэнне прымянення напругі засаўкі IGBT павінна быць 10V ~ 15V для лепшага.

(4) Працэс адключэння IGBT, адмоўнае напружанне зрушэння, якое падаецца паміж засаўкай і эмітэрам, спрыяе хуткаму адключэнню IGBT, але яго нельга лічыць занадта вялікім, звычайнае значэнне -2В да -10В.

(5) у выпадку вялікіх індуктыўных нагрузак, занадта хуткае пераключэнне шкодна, вялікія індуктыўныя нагрузкі ў IGBT хуткае ўключэнне і выключэнне, будзе вырабляць высокую частату і высокую амплітуду і вузкую шырыню ўсплёску Ldi / dt , шып не лёгка паглынуць, лёгка сфармаваць пашкоджанне прылады.

(6) Паколькі IGBT выкарыстоўваецца ў месцах з высокім напружаннем, таму ланцуг прывада павінен быць з магчымасцю сур'ёзнай ізаляцыі ўсёй ланцуга кіравання, звычайнае выкарыстанне высакахуткаснай ізаляцыі аптычнай сувязі або ізаляцыі трансфарматара.

Стан схемы прывада

З развіццём інтэграванай тэхналогіі цяперашняя схема прывада затвора IGBT у асноўным кіруецца інтэграванымі мікрасхемамі. Рэжым кіравання па-ранейшаму ў асноўным тры выгляду:

(1) тып прамога запуску без электрычнай ізаляцыі паміж уваходным і выхадным сігналамі.

(2) ізаляцыя трансфарматара паміж уваходнымі і выхаднымі сігналамі з дапамогай імпульснай ізаляцыі трансфарматара, узровень напружання ізаляцыі да 4000В.

Ёсць 3 наступных падыходу

Пасіўны падыход: выхад другаснага трансфарматара выкарыстоўваецца для непасрэднага кіравання IGBT, з-за абмежаванняў вольт-секунднага выраўноўвання ён дастасавальны толькі да месцаў, дзе працоўны цыкл практычна не змяняецца.

Актыўны метад: трансфарматар забяспечвае толькі ізаляваныя сігналы, у другаснай пластыкавай ланцугу ўзмацняльніка для кіравання IGBT, форма хвалі прывада лепшая, але неабходна забяспечыць асобнае дапаможнае харчаванне.

Метад самазабеспячэння: імпульсны трансфарматар выкарыстоўваецца для перадачы як энергіі прывада, так і для тэхналогіі высокачашчыннай мадуляцыі і дэмадуляцыі для перадачы лагічных сігналаў, падзелены на падыход з самазабеспячэннем тыпу мадуляцыі і тэхналогію самазабеспячэння з падзелам часу, у якой мадуляцыя -тып самазабеспячэння сілкавання да выпрамляльнага моста для генерацыі неабходнага крыніцы харчавання, высокачашчыннай мадуляцыі і тэхналогіі дэмадуляцыі для перадачы лагічных сігналаў.

3. Кантакт і розніца паміж прывадам тырыстара і IGBT

Схема прывада тырыстара і IGBT мае розніцу паміж аналагічным цэнтрам. Перш за ўсё, дзве ланцугі прывада неабходныя для ізаляцыі прылады камутацыі і ланцуга кіравання адзін ад аднаго, каб пазбегнуць ўздзеяння ланцугоў высокага напружання на ланцуг кіравання. Затым абодва прымяняюцца да сігналу прывада засаўкі, каб выклікаць уключэнне прылады пераключэння. Розніца ў тым, што для тырыстарнага прывада патрабуецца сігнал току, а для IGBT - сігнал напружання. Пасля пераключэння прылады праводнасці, засаўкі тырыстара страціў кантроль над выкарыстаннем тырыстара, калі вы хочаце, каб выключыць тырыстар, клемы тырыстара павінны быць дададзены да зваротнага напружання; і адключэнне IGBT трэба толькі дадаць да засаўкі адмоўнага напружання, каб выключыць IGBT.

4. Заключэнне

Гэты артыкул у асноўным падзелены на дзве часткі апавядання, першая частка схемы тырыстарнага прывада, запыт на спыненне апавядання, канструкцыя адпаведнай схемы прывада, і канструкцыя схемы прымяняецца да практычнай схемы тырыстарнага прывада праз мадэляванне і эксперыменты, каб даказаць магчымасць схемы прывада, эксперыментальны працэс, які сустракаецца пры аналізе праблем, спыненых і вырашаных. Другая частка асноўнага абмеркавання IGBT па запыце схемы прывада і на гэтай аснове далейшага ўвядзення бягучай звычайна выкарыстоўванай схемы прывада IGBT і асноўнай схемы ізаляцыі оптапары, каб спыніць мадэляванне і эксперымент, каб даказаць, што мэтазгоднасць схемы прывада.