Yüksək güclü MOSFET-in idarəedici dövrəsinin prinsipi nədir?

Eyni yüksək güclü MOSFET, müxtəlif sürücü sxemlərinin istifadəsi fərqli keçid xüsusiyyətləri əldə edəcəkdir. Sürücü dövrəsinin yaxşı performansından istifadə güc kommutasiya qurğusunun nisbətən ideal keçid vəziyyətində işləməsini təmin edə bilər, eyni zamanda kommutasiya müddətini qısaldır, keçid itkilərini azaldır, əməliyyat səmərəliliyinin quraşdırılması, etibarlılığı və təhlükəsizliyi böyük əhəmiyyət kəsb edir. Buna görə də, sürücü dövrəsinin üstünlükləri və mənfi cəhətləri birbaşa əsas dövrənin işinə təsir göstərir, sürücü dövrəsinin dizaynının rasionallaşdırılması getdikcə daha vacibdir. Tiristor kiçik ölçülü, yüngül çəki, yüksək səmərəlilik, uzun ömür, istifadəsi asan, düzəldici və çeviricini asanlıqla dayandıra bilər və rektifikator və ya çevirici cərəyanının ölçüsünü dəyişdirmək əsası altında dövrə strukturunu dəyişdirə bilməz.IGBT kompozitdir. cihazıMOSFETvə GTR, sürətli keçid sürəti, yaxşı istilik sabitliyi, kiçik sürücülük gücü və sadə sürücülük dövrəsinin xüsusiyyətlərinə malikdir və kiçik vəziyyətdə gərginlik düşməsi, yüksək dayanıqlı gərginlik və yüksək qəbul cərəyanı üstünlüklərinə malikdir. Əsas güc çıxışı cihazı kimi IGBT, xüsusən də yüksək gücə malik yerlərdə müxtəlif kateqoriyalarda geniş istifadə olunur.

Yüksək güclü MOSFET keçid cihazları üçün ideal sürücülük sxemi aşağıdakı tələblərə cavab verməlidir:

(1) Güc dəyişdirmə borusu işə salındıqda, sürücülük dövrəsi sürətlə artan əsas cərəyanı təmin edə bilər ki, işə salındıqda kifayət qədər sürücülük gücü var və beləliklə, işə salınma itkisi azalır.

(2) Kommutasiya borusunun ötürülməsi zamanı MOSFET sürücü dövrəsi tərəfindən təmin edilən əsas cərəyan güc borusunun istənilən yük şəraitində doymuş keçiricilik vəziyyətində olmasını təmin edə bilər və nisbətən aşağı keçirmə itkisini təmin edir. Saxlama müddətini azaltmaq üçün cihaz bağlanmazdan əvvəl kritik doyma vəziyyətində olmalıdır.

(3) bağlandıqda, sürücü sxemi saxlama müddətini azaltmaq üçün baza bölgəsində qalan daşıyıcıları tez bir zamanda çıxarmaq üçün kifayət qədər əks əsas sürücü təmin etməlidir; və eniş vaxtını azaltmaq üçün kollektor cərəyanının sürətlə aşağı düşməsi üçün əks istiqamətli kəsmə gərginliyini əlavə edin. Əlbəttə ki, tiristorun bağlanması hələ də dayandırmağı başa çatdırmaq üçün əks anod gərginliyinin azalması ilə baş verir.

Hal-hazırda, aşağı gərginlikli son və yüksək gərginlikli son ayırmaq üçün yalnız transformator və ya optocoupler təcrid vasitəsilə müqayisəli sayı ilə tiristor sürücü, və sonra tiristor keçirilməsi sürücü dönüşüm circuit vasitəsilə. Cari istifadə üçün IGBT-də daha çox IGBT sürücü modulu, həm də inteqrasiya olunmuş IGBT, sistemin özünə qulluq, özünü diaqnostika və IPM-in digər funksional modulları.

Bu yazıda istifadə etdiyimiz tiristor üçün eksperimental sürücü dövrəsini tərtib edirik və onun tiristoru idarə edə biləcəyini sübut etmək üçün real testi dayandırırıq. IGBT-nin sürücüsünə gəldikdə, bu məqalə əsasən IGBT sürücüsünün cari əsas növlərini, həmçinin onlara uyğun sürücü dövrəsini və simulyasiya təcrübəsini dayandırmaq üçün ən çox istifadə olunan optokupl izolyasiya sürücüsünü təqdim edir.

2. Tiristorun idarəedici dövrəsinin tədqiqi ümumiyyətlə tiristorun iş şəraiti:

(1) tiristor əks anod gərginliyini qəbul edir, qapının hansı gərginliyi qəbul etməsindən asılı olmayaraq, tiristor söndürülmüş vəziyyətdədir.

(2) Tiristor irəli anod gərginliyini qəbul edir, yalnız darvaza tiristorun aktiv olduğu müsbət gərginliyi qəbul etdiyi halda.

(3) Tiristor keçirici vəziyyətdə, yalnız müəyyən bir müsbət anod gərginliyi, gate gərginliyindən asılı olmayaraq, tiristor keçirmədə israr etdi, yəni tiristorun ötürülməsindən sonra qapı itirilir. (4) tiristor keçirici vəziyyətdə, əsas dövrə gərginliyi (və ya cərəyan) sıfıra yaxın azaldıqda, tiristor bağlanır. Biz tiristoru TYN1025 seçirik, onun dayanıqlı gərginliyi 600V-dan 1000V-ə qədər, cərəyanı 25A-a qədərdir. bu, qapı sürücüsünün gərginliyinin 10V - 20V, sürücü cərəyanının 4mA ilə 40mA arasında olmasını tələb edir. və onun texniki cərəyanı 50mA, mühərrik cərəyanı 90mA-dır. ya DSP, ya da CPLD tetikleyici siqnal amplitudası 5V qədərdir. Hər şeydən əvvəl, 5V-nin amplitudası 24V-ə qədər, sonra isə 2:1 izolyasiya transformatoru vasitəsilə yuxarı və aşağı gərginlik izolyasiyasının funksiyasını yerinə yetirərkən 24V-lik tətik siqnalını 12V-lik tətik siqnalına çevirmək üçün.

Eksperimental dövrənin dizaynı və təhlili

Hər şeydən əvvəl gücləndirici dövrə, təcrid səbəbiylə transformator dövrəsinin arxa mərhələsindədirMOSFETcihazın 15V tetikleyici siqnalına ehtiyacı var, buna görə də əvvəlcə 5V tetik siqnalının amplitudasını 15V tetikleyici siqnala çevirmək lazımdır, MC14504 5V siqnalı vasitəsilə, 15V siqnalına çevrilir və sonra CD4050 vasitəsilə 15V sürücü siqnalının çıxışında, kanal 2 5V giriş siqnalına qoşulur, 1-ci kanal çıxışa bağlıdır Kanal 2-yə qoşulur 5V giriş siqnalı, kanal 1 15V tetik siqnalının çıxışına qoşulur.

İkinci hissə təcrid transformatoru dövrəsidir, dövrənin əsas funksiyası: tiristorun ötürülməsinin arxasını işə salmaq və 15V tətik siqnalını və arxa arasındakı məsafəni yerinə yetirmək üçün 12V tetik siqnalına çevrilən 15V tetikleyici siqnaldır. mərhələ.

Dövrənin iş prinsipi: səbəbiyləMOSFETIRF640 sürücüsünün gərginliyi 15V, buna görə də, ilk növbədə, J1-də 15V kvadrat dalğa siqnalına, 1N4746 tənzimləyicisinə qoşulmuş R4 rezistoru vasitəsilə daxil olmaq lazımdır ki, tətik gərginliyi sabit olsun, həm də tətik gərginliyi çox yüksək deyil. , MOSFET-i yandırdı və sonra MOSFET IRF640-a (əslində bu, keçid borusu, arxa ucunun idarə edilməsidir. Açılış və bağlanmanın arxa ucuna nəzarət edin), sürücü siqnalının iş dövrünə nəzarət etdikdən sonra, MOSFET-in açılma və söndürülmə vaxtını idarə edə bilərsiniz. MOSFET açıq olduqda, D-qütbünə bərabərdir, açıq olduqda, 24 V-ə bərabər olan arxa dövrədən sonra söndürülür. Və transformator 12 V çıxış siqnalının sağ ucunu etmək üçün gərginlik dəyişikliyindən keçir. . Transformatorun sağ ucu rektifikator körpüsünə qoşulur və sonra X1 konnektorundan 12V siqnal verilir.

Təcrübə zamanı qarşılaşılan problemlər

Əvvəla, elektrik enerjisi işə salındıqda, qoruyucu qəfil partladı və sonra dövrəni yoxlayanda ilkin dövrə dizaynında problem olduğu aşkar edildi. Əvvəlcə, keçid borusu çıxışının təsirini yaxşılaşdırmaq üçün MOSFET-in qapısının G dirəyini S dirəyinin arxasına ekvivalent edən 24V torpaq və 15V yerin ayrılması dayandırılır, nəticədə yanlış tetikleme baş verir. Müalicə 24V və 15V qruntu birləşdirməkdir və yenidən təcrübəni dayandırmaq üçün dövrə normal işləyir. Dövrə bağlantısı normaldır, lakin sürücü siqnalında iştirak edərkən, MOSFET istilik, üstəgəl bir müddət sürücü siqnalı, qoruyucu partladılır və sonra sürücü siqnalını əlavə edin, qoruyucu birbaşa partlayır. Dövrəni yoxlayın, sürücü siqnalının yüksək səviyyəli iş dövrü çox böyükdür, nəticədə MOSFET-in işə salınma vaxtı çox uzundur. Bu dövrənin dizaynı MOSFET açıq olduqda, 24V birbaşa MOSFET-in uclarına əlavə olunduqda və cərəyanı məhdudlaşdıran rezistor əlavə edilmədikdə, cərəyanın çox böyük olması üçün işləmə vaxtı çox uzun olarsa, MOSFET-in zədələnməsi, siqnalın iş dövrünü tənzimləmək ehtiyacı çox böyük ola bilməz, ümumiyyətlə 10% -dən 20% və ya daha çox.

2.3 Sürücü dövrəsinin yoxlanılması

Sürücü dövrəsinin məqsədəuyğunluğunu yoxlamaq üçün biz ondan istifadə edirik ki, bir-biri ilə ardıcıl bağlanmış tiristor dövrəsini, tiristoru bir-biri ilə ardıcıl, sonra isə antiparalel, induktiv reaksiya ilə dövrəyə çıxış, enerji təchizatı 380V AC gərginlik mənbəyidir.

Bu dövrədə MOSFET, tiristor Q2, Q8, G11 və G12 girişi vasitəsilə siqnal verir, Q5, Q11 isə G21, G22 girişi vasitəsilə siqnal verir. Sürücü siqnalı tiristor qapısı səviyyəsinə qəbul edilməzdən əvvəl, tiristorun anti-müdaxilə qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün tiristorun qapısı bir rezistor və kondansatora qoşulur. Bu dövrə induktora qoşulur və sonra əsas dövrəyə daxil edilir. Əsas dövrə vaxtına böyük induktoru idarə etmək üçün tiristorun keçirici bucağına nəzarət etdikdən sonra, tətik siqnalının faza bucağının yuxarı və aşağı dövrələrində yarım dövrə fərqi, yuxarı G11 və G12 bütün yol boyunca bir tetikleyici siqnaldır. İzolyasiya transformatorunun ön mərhələsinin sürücü dövrəsi vasitəsilə bir-birindən təcrid olunur, aşağı G21 və G22 də siqnaldan eyni şəkildə təcrid olunur. İki tətik siqnalı antiparalel tiristor dövrəsinin müsbət və mənfi keçiriciliyini tetikler, yuxarıda 1 kanal bütün tiristor dövrə gərginliyinə bağlıdır, tiristor keçiriciliyində 0 olur və 2, 3 kanal yuxarı və aşağı tiristor dövrəsinə qoşulur. yol trigger siqnalları, 4 kanal bütün tiristor cərəyanının axını ilə ölçülür.

2 kanal müsbət trigger siqnalını ölçdü, tiristor keçiriciliyindən yuxarı tetiklenir, cərəyan müsbətdir; 3 kanal tiristor keçiriciliyinin aşağı dövrəsini tetikleyen tərs tetikleyici siqnalını ölçdü, cari mənfidir.

3.Seminar IGBT sürücü dövrəsinin IGBT sürücü dövrəsinin bir çox xüsusi istəkləri var, ümumiləşdirilmişdir:

(1) gərginlik nəbzinin yüksəlmə və düşmə sürəti kifayət qədər böyük olmalıdır. igbt yandırıldıqda, dik qapı gərginliyinin qabaqcıl kənarı qapı arasında G və emitent E qapısına əlavə edilir, beləliklə itkiləri azaltmaq üçün ən qısa dönməyə vaxtında çatmaq üçün tez açılır. IGBT-nin bağlanmasında, darvazanın sürücüsünün dövrəsi IGBT eniş kənarının çox dik bağlanma gərginliyini təmin etməlidir və IGBT qapısı G və emitter E müvafiq əks istiqamətli gərginlik arasında olmalıdır ki, IGBT-nin sürətli bağlanması, bağlanma müddətini qısaltsın, azaldın. bağlanma itkisi.

(2) IGBT ötürülməsindən sonra, IGBT-nin güc çıxışı həmişə doymuş vəziyyətdə olması üçün, darvazanın ötürücü dövrəsi tərəfindən təmin edilən sürücü gərginliyi və cərəyanı IGBT sürücüsünün gərginliyi və cərəyanı üçün kifayət qədər amplituda olmalıdır. Müvəqqəti həddən artıq yüklənmə, darvazanın ötürücü sxemi tərəfindən təmin edilən sürücülük gücü IGBT-nin doyma bölgəsindən çıxmamasını və zədələnməməsini təmin etmək üçün kifayət olmalıdır.

(3) IGBT qapısı sürücüsünün dövrəsi müvafiq dəyəri almaq üçün IGBT müsbət sürücü gərginliyini təmin etməlidir, xüsusən də IGBT-də istifadə olunan avadanlığın qısaqapanma əməliyyat prosesində müsbət sürücü gərginliyi tələb olunan minimum dəyərə seçilməlidir. IGBT-nin qapı gərginliyinin keçid tətbiqi ən yaxşısı üçün 10V ~ 15V olmalıdır.

(4) IGBT-nin bağlanması prosesi, darvaza - emitent arasında tətbiq olunan mənfi meyl gərginliyi IGBT-nin sürətli bağlanmasına şərait yaradır, lakin çox böyük qəbul edilməməlidir, adi qəbul -2V ilə -10V arasındadır.

(5) böyük induktiv yüklər halında, çox sürətli keçid zərərlidir, IGBT-də böyük induktiv yüklər sürətli açılma və söndürülmə, yüksək tezlikli və yüksək amplituda və dar genişlikdə sıçrayış gərginliyi Ldi / dt yaradacaqdır. , sünbül udmaq asan deyil, cihazın zədələnməsi asan deyil.

(6) IGBT yüksək gərginlikli yerlərdə istifadə edildiyi üçün sürücü dövrəsi ciddi izolyasiya, yüksək sürətli optik birləşmə izolyasiyasının adi istifadəsi və ya transformator birləşməsinin izolyasiyası potensialında bütün idarəetmə dövrəsi ilə olmalıdır.

Sürücü dövrəsinin vəziyyəti

İnteqrasiya edilmiş texnologiyanın inkişafı ilə, cari IGBT gate sürücü sxemi əsasən inteqrasiya edilmiş çiplər tərəfindən idarə olunur. Nəzarət rejimi hələ də əsasən üç növdür:

(1) birbaşa tetikleme növü giriş və çıxış siqnalları arasında elektrik izolyasiyası yoxdur.

(2) impuls transformatorunun izolyasiyasından istifadə edərək giriş və çıxış siqnalları arasında transformator təcrid sürücüsü, 4000V-ə qədər izolyasiya gərginliyi səviyyəsi.

Aşağıdakı kimi 3 yanaşma var

Passiv yanaşma: ikincil transformatorun çıxışı IGBT-ni birbaşa idarə etmək üçün istifadə olunur, volt-saniyə bərabərləşdirmənin məhdudiyyətlərinə görə, yalnız iş dövrünün çox dəyişmədiyi yerlərə şamil edilir.

Aktiv üsul: transformator yalnız təcrid olunmuş siqnalları təmin edir, ikincil plastik gücləndirici dövrədə IGBT-ni idarə etmək üçün sürücü dalğa forması daha yaxşıdır, lakin ayrıca köməkçi güc təmin etmək lazımdır.

Öz-özünə təchizat üsulu: impuls transformatoru həm sürücü enerjisini, həm də yüksək tezlikli modulyasiya və məntiq siqnallarının ötürülməsi üçün demodulyasiya texnologiyasını ötürmək üçün istifadə olunur, modulyasiya tipli özünütəchizetmə yanaşmasına və modulyasiyanın həyata keçirildiyi vaxt paylaşma texnologiyasına bölünür. -tələb olunan enerji təchizatını yaratmaq üçün rektifikator körpüsünə öz-özünə təchiz olunan enerji növü, məntiq siqnallarını ötürmək üçün yüksək tezlikli modulyasiya və demodulyasiya texnologiyası.

3. Tiristor və IGBT sürücüsü arasındakı əlaqə və fərq

Tiristor və IGBT sürücü dövrəsi oxşar mərkəz arasında fərqə malikdir. Hər şeydən əvvəl, yüksək gərginlikli dövrələrin idarəetmə dövrəsinə təsir göstərməməsi üçün kommutasiya qurğusunu və idarəetmə dövrəsini bir-birindən təcrid etmək üçün iki sürücü sxemi tələb olunur. Sonra, keçid cihazını işə salmaq üçün hər ikisi darvaza sürücüsü siqnalına tətbiq edilir. Fərq ondadır ki, tiristor sürücüsü cari siqnal tələb edir, IGBT isə gərginlik siqnalını tələb edir. Kommutasiya cihazının ötürülməsindən sonra, tiristorun qapısı tiristorun istifadəsinə nəzarəti itirdi, tiristoru bağlamaq istəyirsinizsə, tiristor terminalları tərs gərginliyə əlavə edilməlidir; və IGBT-nin bağlanması yalnız IGBT-ni bağlamaq üçün mənfi sürücülük gərginliyinin qapısına əlavə edilməlidir.

4. Nəticə

Bu yazı əsasən povestin iki hissəsinə bölünür, tiristor sürücü dövrəsinin birinci hissəsi povestin dayandırılması tələbi, müvafiq sürücü dövrəsinin dizaynı və dövrənin dizaynı simulyasiya vasitəsilə praktik tiristor dövrəsinə tətbiq edilir. Sürücü dövrəsinin fizibilitesini sübut etmək üçün təcrübə və təcrübə, analiz zamanı qarşılaşılan problemlərin dayandırılması və ələ alınması. Sürücü dövrəsinin tələbi ilə IGBT ilə bağlı əsas müzakirənin ikinci hissəsi və bu əsasda cari ümumi istifadə olunan IGBT sürücü dövrəsini daha da təqdim etmək və simulyasiya və təcrübəni dayandırmaq üçün əsas optokupl təcrid sürücüsü dövrəsini, sübut etmək. sürücü dövrəsinin mümkünlüyü.