Kāds ir lielas jaudas MOSFET piedziņas ķēdes princips?

Tas pats lieljaudas MOSFET, dažādu piedziņas ķēžu izmantošana iegūs dažādas pārslēgšanas īpašības. Labas piedziņas ķēdes veiktspējas izmantošana var likt jaudas pārslēgšanas ierīcei darboties salīdzinoši ideālā pārslēgšanas stāvoklī, vienlaikus saīsinot pārslēgšanas laiku, samazinot pārslēgšanas zudumus, liela nozīme ir darbības efektivitātes, uzticamības un drošības uzstādīšanai. Tāpēc piedziņas ķēdes priekšrocības un trūkumi tieši ietekmē galvenās ķēdes veiktspēju, piedziņas ķēdes konstrukcijas racionalizācija kļūst arvien svarīgāka. Tiristors mazs izmērs, mazs svars, augsta efektivitāte, ilgs kalpošanas laiks, viegli lietojams, var viegli apturēt taisngriezi un invertoru, kā arī nevar mainīt ķēdes struktūru saskaņā ar priekšnoteikumu mainīt taisngrieža vai invertora strāvas lielumu. IGBT ir kompozīts. ierīce noMOSFETun GTR, kam ir ātrs pārslēgšanas ātrums, laba termiskā stabilitāte, maza piedziņas jauda un vienkārša piedziņas ķēde, un tam ir mazs sprieguma kritums ieslēgtā stāvoklī, augsts izturības spriegums un augsta pieņemšanas strāva. IGBT kā galvenā jaudas izvades ierīce, īpaši lielas jaudas vietās, ir plaši izmantota dažādās kategorijās.

Lieljaudas MOSFET komutācijas ierīču ideālajai piedziņas shēmai jāatbilst šādām prasībām:

(1) Kad strāvas pārslēgšanas caurule ir ieslēgta, piedziņas ķēde var nodrošināt strauji augošu bāzes strāvu, lai, kad tā ir ieslēgta, būtu pietiekami daudz piedziņas jaudas, tādējādi samazinot ieslēgšanas zudumus.

(2) Pārslēgšanas caurules vadīšanas laikā MOSFET draivera ķēdes nodrošinātā bāzes strāva var nodrošināt, ka barošanas caurule ir piesātinātā vadīšanas stāvoklī jebkurā slodzes stāvoklī, nodrošinot salīdzinoši zemus vadītspējas zudumus. Lai samazinātu uzglabāšanas laiku, ierīcei pirms izslēgšanas jābūt kritiskā piesātinājuma stāvoklī.

(3) izslēgšana, piedziņas ķēdei jānodrošina pietiekama reversā bāzes piedziņa, lai ātri izņemtu atlikušos nesējus bāzes reģionā un samazinātu uzglabāšanas laiku; un pievienojiet reversās novirzes nogriešanas spriegumu, lai kolektora strāva strauji samazinātos, lai samazinātu nosēšanās laiku. Protams, tiristora izslēgšana joprojām notiek galvenokārt ar reversā anoda sprieguma kritumu, lai pabeigtu izslēgšanu.

Pašlaik tiristoru ar salīdzināmu skaitu tikai caur transformatora vai optrona izolāciju, lai atdalītu zemsprieguma galu un augstsprieguma galu, un pēc tam caur konversijas ķēdi, lai vadītu tiristora vadītspēju. Par IGBT pašreizējai lietošanai vairāk IGBT disku modulis, bet arī integrēta IGBT, sistēmas pašapkalpošanās, pašdiagnostikas un citi funkcionālie moduļi IPM.

Šajā rakstā mūsu izmantotajam tiristoram ir jāizstrādā eksperimentāla piedziņas ķēde un jāpārtrauc īstā pārbaude, lai pierādītu, ka tas spēj vadīt tiristoru. Kas attiecas uz IGBT piedziņu, šajā rakstā galvenokārt ir aprakstīti pašreizējie galvenie IGBT piedziņas veidi, kā arī tiem atbilstošā piedziņas ķēde, kā arī visbiežāk izmantotais optoelementu izolācijas piedziņa, lai apturētu simulācijas eksperimentu.

2. Tiristoru piedziņas ķēdes pētījums kopumā tiristoru darbības apstākļi ir šādi:

(1) tiristors pieņem reversā anoda spriegumu, neatkarīgi no tā, kādu spriegumu pieņem vārti, tiristors ir izslēgtā stāvoklī.

(2) Tiristors pieņem tiešā anoda spriegumu, tikai gadījumā, ja vārti pieņem pozitīvu spriegumu, tiristors ir ieslēgts.

(3) Tiristors vadīšanas stāvoklī, tikai noteikts pozitīvs anoda spriegums, neatkarīgi no vārtu sprieguma, tiristors uzstāja uz vadītspēju, tas ir, pēc tiristora vadīšanas vārti tiek zaudēti. (4) tiristoru vadīšanas stāvoklī, kad galvenās ķēdes spriegums (vai strāva) tiek samazināts līdz nullei, tiristoru izslēdzas. Tiristoru izvēlamies TYN1025, tā izturības spriegums ir no 600V līdz 1000V, strāva līdz 25A. tas prasa, lai vārtu piedziņas spriegums būtu no 10 V līdz 20 V, piedziņas strāva ir no 4 mA līdz 40 mA. un tā uzturēšanas strāva ir 50mA, dzinēja strāva ir 90mA. DSP vai CPLD sprūda signāla amplitūda līdz 5 V. Pirmkārt, kamēr amplitūda ir 5 V uz 24 V, un pēc tam caur 2: 1 izolācijas transformatoru, lai pārveidotu 24 V sprūda signālu par 12 V sprūda signālu, vienlaikus pabeidzot augšējā un apakšējā sprieguma izolācijas funkciju.

Eksperimentālās shēmas projektēšana un analīze

Pirmkārt, pastiprināšanas ķēde, pateicoties izolācijas transformatora ķēdei aizmugurējā posmāMOSFETierīcei ir nepieciešams 15 V sprūda signāls, tāpēc vispirms ir nepieciešams amplitūdas 5 V sprūda signāls par 15 V sprūda signālu, caur MC14504 5 V signālu, kas pārveidots par 15 V signālu, un pēc tam caur CD4050 uz 15 V piedziņas signāla izvadi, kanāls 2 ir pievienots 5V ieejas signālam, 1. kanāls ir savienots ar izeju Kanāls 2 ir pievienots 5 V ieejai signāls, 1. kanāls ir savienots ar 15 V sprūda signāla izeju.

Otrā daļa ir izolācijas transformatora ķēde, ķēdes galvenā funkcija ir: 15 V sprūda signāls, kas pārveidots 12 V sprūda signālā, lai aktivizētu tiristora vadītspēju un veiktu 15 V sprūda signālu un attālumu starp aizmuguri. posms.

Ķēdes darbības princips ir: sakarā arMOSFETIRF640 piedziņas spriegums 15V, tātad, pirmkārt, J1 piekļūstiet 15V kvadrātviļņu signālam, caur rezistoru R4, kas savienots ar regulatoru 1N4746, lai sprūda spriegums būtu stabils, bet arī lai sprūda spriegums nebūtu pārāk augsts , sadedzināja MOSFET un pēc tam uz MOSFET IRF640 (faktiski šī ir pārslēgšanas caurule, atveres aizmugurējā gala vadība un aizverot, kontrolējot ieslēgšanas un izslēgšanas aizmuguri), pēc piedziņas signāla darba cikla kontroles, lai varētu kontrolēt MOSFET ieslēgšanas un izslēgšanas laiku. Kad MOSFET ir atvērts, līdzvērtīgs tā D pola zemei, izslēgts, kad tas ir atvērts, pēc aizmugures ķēdes, kas atbilst 24 V. Un transformators maina spriegumu, lai izveidotu 12 V izejas signāla labo galu. . Transformatora labais gals ir savienots ar taisngrieža tiltu, un pēc tam 12 V signāls tiek izvadīts no savienotāja X1.

Eksperimenta laikā radušās problēmas

Pirmkārt, ieslēdzot strāvu, pēkšņi pārsprāga drošinātājs, un vēlāk, pārbaudot ķēdi, tika konstatēts, ka problēma ir sākotnējā ķēdes projektā. Sākotnēji, lai uzlabotu tā pārslēgšanas caurules izvades efektu, tiek apturēta 24 V zemējuma un 15 V zemējuma atdalīšana, kas padara MOSFET vārtu G polu līdzvērtīgu S pola aizmugurei, kā rezultātā tiek veikta nepareiza palaišana. Ārstēšana ir savienot 24 V un 15 V zemējumu kopā, un atkal, lai pārtrauktu eksperimentu, ķēde darbojas normāli. Ķēdes savienojums ir normāls, bet, piedaloties piedziņas signālam, MOSFET siltumam, plus piedziņas signālam uz noteiktu laiku, drošinātājs tiek izpūsts, un pēc tam pievienojot piedziņas signālu, drošinātājs tiek tieši izpūsts. Pārbaudiet ķēdi, konstatējāt, ka piedziņas signāla augsta līmeņa darba cikls ir pārāk liels, kā rezultātā MOSFET ieslēgšanās laiks ir pārāk garš. Šīs ķēdes konstrukcija rada MOSFET bojājumus, kad MOSFET tiek atvērts, 24 V tiek pievienoti tieši MOSFET galiem un nav pievienots strāvu ierobežojošs rezistors, ja ieslēgšanās laiks ir pārāk garš, lai strāva būtu pārāk liela, nepieciešamība regulēt signāla darba ciklu nevar būt pārāk liels, parasti no 10% līdz 20%.

2.3. Piedziņas ķēdes pārbaude

Lai pārbaudītu piedziņas ķēdes iespējamību, mēs to izmantojam, lai vadītu tiristoru ķēdi, kas savienota virknē savā starpā, tiristoru virknē ar otru un pēc tam pretparalēli, piekļuvi ķēdei ar induktīvo pretestību, barošanas avotu. ir 380 V maiņstrāvas sprieguma avots.

MOSFET šajā ķēdē tiristoru Q2, Q8 sprūda signāls caur G11 un G12 piekļuvi, savukārt Q5, Q11 sprūda signāls caur G21, G22 piekļuvi. Pirms piedziņas signāla saņemšanas līdz tiristora vārtu līmenim, lai uzlabotu tiristora prettraucējumu spēju, tiristora vārti tiek savienoti ar rezistoru un kondensatoru. Šī ķēde ir savienota ar induktors un pēc tam ievietota galvenajā ķēdē. Pēc tiristora vadītspējas leņķa kontroles, lai vadītu lielo induktors galvenās ķēdes laikā, augšējās un apakšējās ķēdes fāzes leņķa sprūda signāla starpība ir puse cikla, augšējais G11 un G12 ir sprūda signāls līdz galam. caur izolācijas transformatora priekšējās stadijas piedziņas ķēdi ir izolēti viens no otra, apakšējais G21 un G22 arī ir izolēts no tādā pašā veidā signāls. Divi sprūda signāli iedarbina pretparalēlo tiristoru ķēdes pozitīvo un negatīvo vadītspēju, virs 1 kanāla tiek savienots ar visu tiristora ķēdes spriegumu, tiristora vadītspējā tas kļūst par 0 un 2, 3 kanāli tiek savienoti ar tiristora ķēdi uz augšu un uz leju. ceļa sprūda signālus, 4 kanālu mēra ar visas tiristora strāvas plūsmu.

2 kanālu mērīts pozitīvs sprūda signāls, iedarbināts virs tiristora vadītspējas, strāva ir pozitīva; 3 kanālu mēra reverso sprūda signālu, iedarbinot tiristora vadītspējas apakšējo ķēdi, strāva ir negatīva.

3. Semināra IGBT piedziņas ķēdei IGBT piedziņas ķēdei ir daudz īpašu pieprasījumu, kas apkopoti:

(1) vadīt sprieguma impulsa pieauguma un krituma ātrumam jābūt pietiekami lielam. igbt ieslēgts, stāvo vārtu sprieguma priekšējā mala tiek pievienota vārtiem G un emitētājam E starp vārtiem, lai tas tiktu ātri ieslēgts, lai sasniegtu īsāko ieslēgšanas laiku, lai samazinātu ieslēgšanas zudumus. IGBT izslēgšanas gadījumā vārtu piedziņas ķēdei jānodrošina IGBT nosēšanās malai ļoti stāvs izslēgšanas spriegums, un IGBT vārtiem G un emitētājam E starp atbilstošu reversās novirzes spriegumu, lai IGBT ātri izslēgtos, saīsinātu izslēgšanas laiku, samazinātu. izslēgšanas zudums.

(2) Pēc IGBT vadīšanas piedziņas spriegumam un strāvai, ko nodrošina vārtu piedziņas ķēde, jābūt pietiekamai amplitūdai IGBT piedziņas spriegumam un strāvai, lai IGBT jauda vienmēr būtu piesātinātā stāvoklī. Pārejoša pārslodze, piedziņas jaudai, ko nodrošina vārtu piedziņas ķēde, vajadzētu būt pietiekamai, lai nodrošinātu, ka IGBT neiziet no piesātinājuma apgabala un nesabojājas.

(3) IGBT vārtu piedziņas ķēdei jānodrošina IGBT pozitīvais piedziņas spriegums, lai iegūtu atbilstošu vērtību, jo īpaši IGBT izmantotā aprīkojuma īssavienojuma darbības procesā, pozitīvais piedziņas spriegums ir jāizvēlas līdz minimālajai vajadzīgajai vērtībai. IGBT vārtu sprieguma pārslēgšanai vislabākajā gadījumā jābūt 10 V ~ 15 V.

(4) IGBT izslēgšanas process, negatīvais nobīdes spriegums, kas tiek pielietots starp vārtiem un emitētāju, veicina ātru IGBT izslēgšanu, taču to nevajadzētu ņemt pārāk lielu, parasti no -2V līdz -10V.

(5) lielu induktīvo slodžu gadījumā pārāk ātra pārslēgšanās ir kaitīga, lielas induktīvās slodzes IGBT ātrā ieslēgšanās un izslēgšanas gadījumā radīs augstas frekvences un augstu amplitūdu un šauru spriegumu Ldi / dt. , smaile nav viegli uzsūcas, viegli veidojas ierīces bojājumi.

(6) Tā kā IGBT izmanto augstsprieguma vietās, piedziņas ķēdei jābūt ar visu vadības ķēdi, ja pastāv nopietnas izolācijas potenciāls, parasti tiek izmantota ātrgaitas optiskā savienojuma izolācija vai transformatora savienojuma izolācija.

Piedziņas ķēdes stāvoklis

Attīstoties integrētajai tehnoloģijai, pašreizējo IGBT vārtu piedziņas ķēdi galvenokārt kontrolē integrētās mikroshēmas. Kontroles režīms joprojām ir galvenokārt trīs veidu:

(1) tiešās palaišanas veids, bez elektriskās izolācijas starp ieejas un izejas signāliem.

(2) transformatora izolācijas piedziņa starp ieejas un izejas signāliem, izmantojot impulsa transformatora izolāciju, izolācijas sprieguma līmenis līdz 4000 V.

Ir 3 šādas pieejas

Pasīvā pieeja: sekundārā transformatora izeja tiek izmantota, lai tieši vadītu IGBT, jo volt-sekundes izlīdzināšanas ierobežojumi ir piemērojami tikai vietās, kur darba cikls īpaši nemainās.

Aktīvā metode: transformators nodrošina tikai izolētus signālus, sekundārajā plastmasas pastiprinātāja ķēdē, lai vadītu IGBT, piedziņas viļņu forma ir labāka, taču ir nepieciešams nodrošināt atsevišķu papildu jaudu.

Pašpiegādes metode: impulsu transformatoru izmanto, lai pārraidītu gan piedziņas enerģiju, gan augstfrekvences modulācijas un demodulācijas tehnoloģiju loģisko signālu pārraidei, kas sadalīta modulācijas tipa pašpiegādes pieejā un laika dalīšanas tehnoloģijas pašpiegāde, kurā modulācija tiek veikta. -tipa pašpiegādes strāva taisngrieža tiltam, lai radītu nepieciešamo barošanas avotu, augstfrekvences modulācijas un demodulācijas tehnoloģija loģisko signālu pārraidīšanai.

3. Kontakts un atšķirība starp tiristoru un IGBT piedziņu

Tiristora un IGBT piedziņas ķēdei ir atšķirība starp līdzīgu centru. Pirmkārt, abām piedziņas ķēdēm ir nepieciešams izolēt komutācijas ierīci un vadības ķēdi viena no otras, lai izvairītos no augstsprieguma ķēžu ietekmes uz vadības ķēdi. Pēc tam abi tiek pielietoti vārtu piedziņas signālam, lai ieslēgtu pārslēgšanas ierīci. Atšķirība ir tāda, ka tiristoru piedziņai ir nepieciešams strāvas signāls, bet IGBT - sprieguma signāls. Pēc komutācijas ierīces vadīšanas tiristora vārti ir zaudējuši kontroli pār tiristora lietošanu, ja vēlaties izslēgt tiristoru, tiristora spailes jāpievieno reversajam spriegumam; un IGBT izslēgšana ir jāpievieno tikai negatīvā piedziņas sprieguma vārtiem, lai izslēgtu IGBT.

4. Secinājums

Šis raksts galvenokārt ir sadalīts divās stāstījuma daļās: tiristora piedziņas ķēdes pirmā daļa prasa pārtraukt stāstījumu, atbilstošās piedziņas ķēdes dizains, un shēmas dizains tiek piemērots praktiskajai tiristoru ķēdei, izmantojot simulāciju. un eksperimenti, lai pierādītu piedziņas ķēdes iespējamību, eksperimentālais process, kas radās problēmu analīzē, tika apturēts un risināts. Otrā galvenās diskusijas daļa par IGBT pēc piedziņas ķēdes pieprasījuma un, pamatojoties uz to, lai turpinātu iepazīstināt ar pašreizējo plaši izmantoto IGBT piedziņas ķēdi un galveno optronu izolācijas piedziņas ķēdi, lai apturētu simulāciju un eksperimentu, lai pierādītu piedziņas ķēdes iespējamība.