Aký je princíp hnacieho obvodu vysokovýkonného MOSFETu?

Rovnaký vysokovýkonný MOSFET, použitie rôznych obvodov pohonu získa rôzne spínacie charakteristiky. Využitím dobrého výkonu hnacieho obvodu môže výkonové spínacie zariadenie pracovať v relatívne ideálnom spínacom stave pri skrátení doby spínania, znížení spínacích strát, veľký význam má inštalácia prevádzkovej účinnosti, spoľahlivosti a bezpečnosti. Preto výhody a nevýhody hnacieho obvodu priamo ovplyvňujú výkon hlavného obvodu, racionalizácia návrhu hnacieho obvodu je čoraz dôležitejšia. Tyristor malé rozmery, nízka hmotnosť, vysoká účinnosť, dlhá životnosť, jednoduché použitie, môže ľahko zastaviť usmerňovač a menič a nemôže zmeniť štruktúru obvodu za predpokladu zmeny veľkosti usmerňovača alebo invertorového prúdu. IGBT je kompozit zariadenie zMOSFETa GTR, ktorý má charakteristiky rýchlej spínacej rýchlosti, dobrej tepelnej stability, malého hnacieho výkonu a jednoduchého hnacieho obvodu a má výhody malého poklesu napätia v zapnutom stave, vysokého výdržného napätia a vysokého akceptačného prúdu. IGBT ako hlavné výstupné zariadenie, najmä na miestach s vysokým výkonom, sa bežne používa v rôznych kategóriách.

Ideálny riadiaci obvod pre vysokovýkonné spínacie zariadenia MOSFET by mal spĺňať nasledujúce požiadavky:

(1) Keď je elektrónka na spínanie napájania zapnutá, riadiaci obvod môže poskytovať rýchlo stúpajúci základný prúd, takže pri zapnutí je dostatok hnacej sily, čím sa zníži strata pri zapnutí.

(2) Počas vedenia spínacej trubice môže základný prúd poskytovaný obvodom ovládača MOSFET zabezpečiť, že výkonová trubica je v stave nasýtenia vodivosti pri akomkoľvek zaťažení, čím sa zabezpečí pomerne nízka strata vedenia. Aby sa skrátil čas skladovania, zariadenie by malo byť pred vypnutím v kritickom stave nasýtenia.

(3) vypnutie, obvod pohonu by mal poskytovať dostatočný reverzný základný pohon na rýchle vytiahnutie zostávajúcich nosičov v základnej oblasti, aby sa skrátil čas skladovania; a pridajte vypínacie napätie spätného predpätia, takže kolektorový prúd rýchlo klesá, aby sa skrátil čas pristátia. Samozrejme, vypnutie tyristora je stále hlavne poklesom napätia na reverznej anóde na dokončenie vypnutia.

V súčasnosti tyristor poháňa s porovnateľným počtom len cez izoláciu transformátora alebo optočlena na oddelenie nízkonapäťového konca a vysokonapäťového konca a potom cez konverzný obvod na riadenie tyristorového vedenia. Na IGBT je pre súčasné využitie viac modulov IGBT pohonu, ale aj integrovaných IGBT, samoúdržby systému, autodiagnostiky a ďalších funkčných modulov IPM.

V tomto článku navrhujeme pre tyristor, ktorý používame, experimentálny riadiaci obvod a zastavujeme skutočný test, aby sme dokázali, že dokáže poháňať tyristor. Čo sa týka pohonu IGBT, tento článok predstavuje hlavne súčasné hlavné typy pohonu IGBT, ako aj ich zodpovedajúci obvod pohonu a najbežnejšie používaný optočlenový izolačný pohon na zastavenie simulačného experimentu.

2. Štúdia obvodu pohonu tyristora vo všeobecnosti prevádzkové podmienky tyristora sú:

(1) tyristor akceptuje napätie reverznej anódy, bez ohľadu na to, aké napätie prijíma brána, tyristor je vo vypnutom stave.

(2) Tyristor akceptuje predné anódové napätie, iba v prípade, že hradlo akceptuje kladné napätie, tyristor je zapnutý.

(3) Tyristor v stave vodivosti, iba určité kladné anódové napätie, bez ohľadu na napätie hradla, tyristor trval na vedení, to znamená, že po vedení tyristora sa hradlo stratí. (4) tyristor v stave vodivosti, keď sa napätie (alebo prúd) hlavného obvodu zníži takmer na nulu, tyristor sa vypne. Vyberáme tyristor TYN1025, jeho výdržné napätie je 600V až 1000V, prúd do 25A. vyžaduje, aby napätie pohonu brány bolo 10V až 20V, prúd pohonu je 4mA až 40mA. a jeho udržiavací prúd je 50 mA, prúd motora je 90 mA. amplitúda spúšťacieho signálu DSP alebo CPLD až do 5V. Najprv tak dlho, ako amplitúda 5V na 24V, a potom cez izolačný transformátor 2:1 previesť 24V spúšťací signál na 12V spúšťací signál, pričom sa dokončí funkcia izolácie horného a spodného napätia.

Návrh a analýza experimentálnych obvodov

Po prvé, zosilňovací obvod, kvôli obvodu izolačného transformátora v zadnej častiMOSFETzariadenie potrebuje 15V spúšťací signál, takže je potrebné najprv amplitúdový 5V spúšťací signál premeniť na 15V spúšťací signál, cez 5V signál MC14504, konvertovaný na 15V signál, a potom cez CD4050 na výstupe 15V riadiaceho signálu tvarovania, kanál 2 je pripojený k 5V vstupnému signálu, kanál 1 je pripojený k výstupu Kanál 2 je pripojený k 5V vstupnému signálu, kanál 1 je pripojený k výstupu 15V spúšťacieho signálu.

Druhá časť je obvod izolačného transformátora, hlavnou funkciou obvodu je: 15V spúšťací signál, prevedený na 12V spúšťací signál na spustenie zadnej časti tyristorového vedenia a na vykonanie 15V spúšťacieho signálu a vzdialenosť medzi zadnou časťou etapa.

Princíp činnosti obvodu je: v dôsledkuMOSFETIRF640 budiace napätie 15V, takže v prvom rade v J1 prístup k 15V signálu štvorcovej vlny cez odpor R4 pripojený k regulátoru 1N4746, aby bolo spúšťacie napätie stabilné, ale aby spúšťacie napätie nebolo príliš vysoké , vypálený MOSFET a potom na MOSFET IRF640 (v skutočnosti ide o spínaciu trubicu, ovládanie zadného konca otvárania a zatvárania. Ovládajte zadný koniec zapnutie a vypnutie), po riadení pracovného cyklu signálu pohonu, aby bolo možné riadiť čas zapnutia a vypnutia MOSFET. Keď je MOSFET otvorený, čo zodpovedá jeho uzemneniu D-pólu, vypnutý, keď je otvorený, po obvode zadnej časti ekvivalentnom 24 V. Transformátor prechádza zmenou napätia, aby vytvoril správny koniec výstupného signálu 12 V . Pravý koniec transformátora je pripojený k usmerňovaciemu mostíku a potom je 12V signál vyvedený z konektora X1.

Problémy, ktoré sa vyskytli počas experimentu

V prvom rade pri zapnutí napájania náhle vyhorela poistka a neskôr sa pri kontrole obvodu zistilo, že je problém s prvotným návrhom obvodu. Spočiatku, aby sa zlepšil účinok jeho výstupu spínacej trubice, je 24V uzemnenie a 15V oddelenie uzemnenia, vďaka čomu je pól brány G MOSFET ekvivalentný zadnej časti pólu S, zavesené, čo vedie k nesprávnemu spusteniu. Liečba spočíva v prepojení uzemnenia 24 V a 15 V a na zastavenie experimentu, obvod funguje normálne. Zapojenie obvodu je normálne, ale keď sa zúčastňujete na hnacom signáli, zahrievaní MOSFET, plus hnacom signáli na určitý čas, poistka je spálená a potom pridajte signál pohonu, poistka je priamo spálená. Skontrolujte obvod a zistili, že vysoký pracovný cyklus signálu pohonu je príliš veľký, čo má za následok, že čas zapnutia MOSFET je príliš dlhý. Konštrukcia tohto obvodu spôsobuje, že keď je MOSFET otvorený, 24 V sa pridáva priamo na konce MOSFETu a nepridáva sa odpor obmedzujúci prúd, ak je čas zapnutia príliš dlhý na to, aby bol prúd príliš veľký, poškodenie MOSFET, potreba regulovať pracovný cyklus signálu nemôže byť príliš veľká, zvyčajne v rozmedzí 10% až 20% alebo tak.

2.3 Overenie obvodu pohonu

Aby sme si overili realizovateľnosť budiaceho obvodu, použijeme ho na riadenie tyristorového obvodu zapojeného do série, tyristora do série a následne antiparalelne, prístup k obvodu s indukčnou reaktanciou, napájanie je zdrojom striedavého napätia 380V.

MOSFET v tomto obvode spúšťa signál tyristora Q2, Q8 cez prístup G11 a G12, zatiaľ čo spúšťací signál Q5, Q11 cez prístup G21, G22. Pred prijatím riadiaceho signálu na úroveň tyristorového hradla, aby sa zlepšila schopnosť tyristora proti rušeniu, je hradlo tyristora pripojené k odporu a kondenzátoru. Tento obvod je pripojený k induktoru a potom vložený do hlavného obvodu. Po riadení uhla vedenia tyristora na ovládanie veľkého induktora do hlavného obvodu čas, horný a dolný obvod fázového uhla rozdielu spúšťacieho signálu pol cyklu, horný G11 a G12 je spúšťací signál celú cestu cez budiaci obvod predného stupňa izolačného transformátora je od seba izolovaný, spodný G21 a G22 je tiež izolovaný od signálu rovnakým spôsobom. Dva spúšťacie signály spúšťajú kladné a záporné vedenie antiparalelného tyristorového obvodu, nad 1 kanálom je pripojené napätie celého tyristorového obvodu, v tyristorovom vedení je 0 a 2, 3 kanál je pripojený k tyristorovému obvodu hore a dole cestné spúšťacie signály, 4 kanál je meraný prietokom celého tyristorového prúdu.

2 kanál nameral kladný spúšťací signál, spúšťaný nad vedením tyristora, prúd je kladný; 3 kanál meral spätný spúšťací signál, spúšťajúci spodný obvod tyristorového vedenia, prúd je záporný.

3.Hnací obvod IGBT seminára Pohonný obvod IGBT má mnoho špeciálnych požiadaviek, zhrnutých:

(1) rýchlosť nárastu a poklesu napäťového impulzu by mala byť dostatočne veľká. igbt turn on, nábežná hrana strmého hradlového napätia sa pridá k hradlu G a emitoru E medzi hradlom, takže sa rýchlo zapne, aby sa dosiahol najkratší čas zapnutia, aby sa znížili straty pri zapnutí. Pri vypínaní IGBT by obvod pohonu brány mal zabezpečiť, že pristávacia hrana IGBT je veľmi strmé vypínacie napätie a na bránu IGBT G a emitor E medzi príslušným spätným predpätím napätia, takže rýchle vypnutie IGBT skráti čas vypnutia, zníži strata pri vypnutí.

(2) Po vedení IGBT by malo budiace napätie a prúd poskytované obvodom pohonu brány mať dostatočnú amplitúdu pre budiace napätie a prúd IGBT, takže výstupný výkon IGBT je vždy v nasýtenom stave. Prechodné preťaženie, hnacia sila poskytovaná obvodom pohonu brány by mala byť dostatočná na to, aby sa zabezpečilo, že IGBT neopustí oblasť nasýtenia a nepoškodí sa.

(3) Riadiaci obvod brány IGBT by mal poskytovať kladné budiace napätie IGBT, aby nadobudlo príslušnú hodnotu, najmä pri skratovom prevádzkovom procese zariadenia používaného v IGBT by sa kladné budiace napätie malo zvoliť na minimálnu požadovanú hodnotu. Spínacia aplikácia hradlového napätia IGBT by mala byť najlepšie 10V ~ 15V.

(4) Proces vypínania IGBT, záporné predpätie aplikované medzi bránou - žiaričom prispieva k rýchlemu vypnutiu IGBT, ale nemalo by sa brať príliš veľké, bežné odbery -2V až -10V.

(5) v prípade veľkých indukčných záťaží je príliš rýchle spínanie škodlivé, veľké indukčné záťaže v IGBT rýchle zapínanie a vypínanie budú produkovať vysokofrekvenčné a vysoké amplitúdy a úzku šírku špičky napätia Ldi / dt , hrot nie je ľahko absorbovateľný, ľahko sa vytvára poškodenie zariadenia.

(6) Keďže IGBT sa používa na vysokonapäťových miestach, obvod pohonu by mal byť s celým riadiacim obvodom v potenciáli silnej izolácie, bežného použitia izolácie vysokorýchlostnej optickej väzby alebo izolácie väzby transformátora.

Stav hnacieho okruhu

S rozvojom integrovanej technológie je súčasný obvod pohonu brány IGBT väčšinou riadený integrovanými čipmi. Režim ovládania je stále prevažne troch druhov:

(1) typ priameho spúšťania bez elektrickej izolácie medzi vstupnými a výstupnými signálmi.

(2) pohon izolácie transformátora medzi vstupnými a výstupnými signálmi pomocou izolácie pulzného transformátora, úroveň izolačného napätia do 4000V.

Existujú 3 nasledujúce prístupy

Pasívny prístup: výstup sekundárneho transformátora sa používa na priame napájanie IGBT, kvôli obmedzeniam volt-sekundového vyrovnania je použiteľný iba na miestach, kde sa pracovný cyklus príliš nemení.

Aktívna metóda: transformátor poskytuje iba izolované signály, v sekundárnom plastovom obvode zosilňovača na riadenie IGBT je priebeh signálu lepší, ale je potrebné zabezpečiť samostatné pomocné napájanie.

Metóda vlastného zásobovania: pulzný transformátor sa používa na prenos energie pohonu a vysokofrekvenčnej modulačnej a demodulačnej technológie na prenos logických signálov, rozdelených na samonapájací prístup modulačného typu a vlastné zásobovanie technológiou zdieľania času, pri ktorej je modulácia -typ samonapájacieho napájania usmerňovacieho mostíka na generovanie potrebného napájania, vysokofrekvenčná modulačná a demodulačná technológia na prenos logických signálov.

3. Kontakt a rozdiel medzi tyristorom a IGBT pohonom

Tyristorový a IGBT riadiaci obvod má rozdiel medzi podobným stredom. Predovšetkým sú potrebné dva obvody pohonu na izoláciu spínacieho zariadenia a riadiaceho obvodu od seba, aby sa predišlo vplyvu vysokonapäťových obvodov na riadiaci obvod. Potom sa oba aplikujú na signál pohonu brány, aby sa spustilo spínacie zariadenie. Rozdiel je v tom, že tyristorový pohon vyžaduje prúdový signál, zatiaľ čo IGBT vyžaduje napäťový signál. Po vedení spínacieho zariadenia brána tyristora stratila kontrolu nad používaním tyristora, ak chcete tyristor vypnúť, mali by ste k spätnému napätiu pridať svorky tyristora; a vypnutie IGBT je potrebné pridať iba k bráne záporného hnacieho napätia, aby sa IGBT vyplo.

4. Záver

Tento článok je rozdelený hlavne na dve časti príbehu, prvá časť požiadavky tyristorového riadiaceho obvodu na zastavenie príbehu, návrh zodpovedajúceho riadiaceho obvodu a návrh obvodu je aplikovaný na praktický tyristorový obvod prostredníctvom simulácie. a experimentovanie na preukázanie uskutočniteľnosti hnacieho obvodu, experimentálny proces, ktorý sa vyskytol pri analýze problémov, sa zastavil a riešil. Druhá časť hlavnej diskusie o IGBT na žiadosť riadiaceho obvodu a na tomto základe ďalej predstavenie súčasného bežne používaného riadiaceho obvodu IGBT a hlavného izolačného riadiaceho obvodu optočlena na zastavenie simulácie a experimentu, aby sa preukázal realizovateľnosť hnacieho okruhu.