Care este principiul circuitului de comandă al unui MOSFET de mare putere?

Același MOSFET de mare putere, utilizarea diferitelor circuite de acționare va obține caracteristici de comutare diferite. Utilizarea unei bune performanțe a circuitului de acționare poate face ca dispozitivul de comutare a puterii să funcționeze într-o stare de comutare relativ ideală, în timp ce scurtează timpul de comutare, reduce pierderile de comutare, instalarea eficienței de funcționare, fiabilitatea și siguranța sunt de mare importanță. Prin urmare, avantajele și dezavantajele circuitului de acționare afectează direct performanța circuitului principal, raționalizarea designului circuitului de acționare este din ce în ce mai importantă. Tiristor de dimensiuni mici, greutate redusă, eficiență ridicată, durată lungă de viață, ușor de utilizat, poate opri cu ușurință redresorul și invertorul și nu poate schimba structura circuitului sub premisa modificării dimensiunii redresorului sau curentului invertorului. IGBT este un compozit dispozitiv deMOSFETși GTR, care are caracteristicile vitezei rapide de comutare, stabilității termice bune, puterii de antrenare reduse și circuitului de acționare simplu și are avantajele unei căderi mici de tensiune în starea, tensiunii de rezistență ridicate și curentului de acceptare ridicat. IGBT ca dispozitiv principal de ieșire a puterii, în special în locurile de mare putere, a fost utilizat în mod obișnuit în diferite categorii.

Circuitul de conducere ideal pentru dispozitivele de comutare MOSFET de mare putere ar trebui să îndeplinească următoarele cerințe:

(1) Când tubul de comutare a puterii este pornit, circuitul de antrenare poate furniza un curent de bază cu creștere rapidă, astfel încât să existe suficientă putere de antrenare atunci când este pornit, reducând astfel pierderea de pornire.

(2) În timpul conducției tubului de comutare, curentul de bază furnizat de circuitul driver MOSFET poate asigura că tubul de alimentare este în stare de conducție saturată în orice condiție de sarcină, asigurând pierderi de conducție relativ scăzute. Pentru a reduce timpul de stocare, dispozitivul ar trebui să fie într-o stare critică de saturație înainte de oprire.

(3) oprire, circuitul de acționare ar trebui să ofere suficientă unitate de bază inversă pentru a extrage rapid purtătorii rămași în regiunea de bază pentru a reduce timpul de stocare; și adăugați tensiune de tăiere inversă, astfel încât curentul colectorului să scadă rapid pentru a reduce timpul de aterizare. Desigur, oprirea tiristorului este încă în principal prin scăderea tensiunii anodului invers pentru a finaliza oprirea.

În prezent, tiristorul conduce cu un număr comparabil de doar prin izolarea transformatorului sau optocuplerului pentru a separa capătul de joasă tensiune și capătul de înaltă tensiune, iar apoi prin circuitul de conversie pentru a conduce conducția tiristorului. Pe IGBT pentru utilizarea curentă a mai multor module de acționare IGBT, dar și IGBT integrat, auto-întreținere a sistemului, auto-diagnosticare și alte module funcționale ale IPM.

În această lucrare, pentru tiristorul pe care îl folosim, proiectăm un circuit de comandă experimental și oprim testul real pentru a demonstra că poate acționa tiristorul. În ceea ce privește unitatea IGBT, această lucrare prezintă în principal principalele tipuri actuale de unități IGBT, precum și circuitul de acționare corespunzător acestora și unitatea de izolare optocupler cea mai frecvent utilizată pentru a opri experimentul de simulare.

2. Studiul circuitului de antrenare a tiristoarelor, în general, condițiile de funcționare ale tiristoarelor sunt:

(1) tiristorul acceptă tensiunea anodului invers, indiferent de poarta acceptă ce fel de tensiune, tiristorul este în starea oprită.

(2) Tiristorul acceptă tensiunea anodului direct, numai în cazul porții acceptă o tensiune pozitivă tiristorul este pornit.

(3) Tiristor în starea de conducere, doar o anumită tensiune anodică pozitivă, indiferent de tensiunea porții, tiristorul a insistat asupra conducției, adică după conducția tiristorului, poarta se pierde. (4) tiristor în starea de conducere, atunci când tensiunea circuitului principal (sau curentul) a scăzut la aproape zero, tiristorul oprit. Alegem că tiristorul este TYN1025, tensiunea de rezistență a acestuia este de 600V până la 1000V, curent până la 25A. necesită ca tensiunea de acționare a porții să fie de 10V până la 20V, curentul de antrenare este de 4mA până la 40mA. iar curentul său de întreținere este de 50mA, curentul motorului este de 90mA. amplitudinea semnalului de declanșare fie DSP, fie CPLD, atâta timp cât 5V. În primul rând, atâta timp cât amplitudinea de 5V în 24V, și apoi printr-un transformator de izolare 2:1 pentru a converti semnalul de declanșare de 24V într-un semnal de declanșare de 12V, completând în același timp funcția de izolare a tensiunii superioare și inferioare.

Proiectare și analiză de circuite experimentale

În primul rând, circuitul de amplificare, datorită circuitului transformatorului de izolare din spatele sceneiMOSFETDispozitivul are nevoie de semnal de declanșare de 15 V, deci este nevoie de prima amplitudine a semnalului de declanșare de 5 V într-un semnal de declanșare de 15 V, prin semnalul MC14504 de 5 V, convertit într-un semnal de 15 V, și apoi prin CD4050 la ieșirea modelării semnalului de acţionare de 15 V, canalul 2 este conectat la semnalul de intrare de 5V, canalul 1 este conectat la ieșire Canalul 2 este conectat la semnalul de intrare de 5V, canalul 1 este conectat la ieșirea semnalului de declanșare de 15V.

A doua parte este circuitul transformatorului de izolare, funcția principală a circuitului este: semnalul de declanșare de 15V, convertit într-un semnal de declanșare de 12V pentru a declanșa partea din spate a conducției tiristorului și pentru a face semnalul de declanșare de 15V și distanța dintre spate. etapă.

Principiul de funcționare al circuitului este: datorităMOSFETTensiune de antrenare IRF640 de 15V, deci, în primul rând, în J1 acces la semnalul de undă pătrată de 15V, prin rezistorul R4 conectat la regulatorul 1N4746, astfel încât tensiunea de declanșare să fie stabilă, dar și pentru a face ca tensiunea de declanșare să nu fie prea mare , a ars MOSFET și apoi la MOSFET IRF640 (de fapt, acesta este un tub de comutare, controlul capătului din spate al deschiderii și închidere Controlați partea din spate a pornirii și opririi), după controlul ciclului de lucru al semnalului de acționare, pentru a putea controla timpul de pornire și oprire a MOSFET. Când MOSFET-ul este deschis, echivalent cu pământul său D-pol, oprit când este deschis, după circuitul de back-end echivalent cu 24 V. Și transformatorul trece prin schimbarea tensiunii pentru a face capătul drept al semnalului de ieșire de 12 V. . Capătul drept al transformatorului este conectat la o punte redresoare, iar apoi semnalul de 12 V este scos de la conectorul X1.

Probleme întâlnite în timpul experimentului

În primul rând, atunci când alimentarea a fost pornită, siguranța a ars brusc, iar mai târziu, la verificarea circuitului, s-a constatat că a existat o problemă cu designul inițial al circuitului. Inițial, pentru a îmbunătăți efectul ieșirii tubului de comutare, separarea de masă de 24 V și masă de 15 V, ceea ce face ca polul G al porții MOSFET echivalent cu partea din spate a stâlpului S, este suspendată, rezultând o declanșare falsă. Tratamentul este de a conecta împământul de 24V și 15V împreună și, din nou, pentru a opri experimentul, circuitul funcționează normal. Conexiunea circuitului este normală, dar atunci când participați la semnalul de acționare, căldura MOSFET, plus semnalul de acționare pentru o perioadă de timp, siguranța este arsă și apoi adăugați semnalul de acționare, siguranța este direct arsă. Verificați circuitul a constatat că ciclul de lucru de nivel înalt al semnalului de comandă este prea mare, ceea ce duce la faptul că timpul de pornire a MOSFET este prea lung. Designul acestui circuit face ca atunci când MOSFET-ul se deschide, 24 V adăugat direct la capetele MOSFET-ului și nu a adăugat un rezistor de limitare a curentului, dacă timpul de pornire este prea lung pentru ca curentul să fie prea mare, deteriorarea MOSFET-ului, necesitatea de a regla ciclul de lucru al semnalului nu poate fi prea mare, în general, în intervalul de 10% până la 20% sau cam asa ceva.

2.3 Verificarea circuitului de acţionare

Pentru a verifica fezabilitatea circuitului de antrenare, îl folosim pentru a conduce circuitul tiristor conectat în serie între ele, tiristorul în serie unul cu celălalt și apoi anti-paralel, acces la circuitul cu reactanță inductivă, sursa de alimentare este o sursă de tensiune de 380 V AC.

MOSFET în acest circuit, tiristorul Q2, Q8 semnal de declanșare prin accesul G11 și G12, în timp ce Q5, Q11 semnalul de declanșare prin accesul G21, G22. Înainte ca semnalul de antrenare să fie primit la nivelul porții tiristorului, pentru a îmbunătăți capacitatea anti-interferență a tiristorului, poarta tiristorului este conectată la un rezistor și un condensator. Acest circuit este conectat la inductor și apoi pus în circuitul principal. După controlul unghiului de conducere al tiristorului pentru a controla inductorul mare în timpul circuitului principal, circuitele superioare și inferioare ale unghiului de fază al diferenței semnalului de declanșare de jumătate de ciclu, G11 și G12 superioare sunt un semnal de declanșare până la capăt. prin circuitul de comandă al etapei frontale a transformatorului de izolare este izolat unul de celălalt, G21 și G22 inferioare sunt, de asemenea, izolate din același mod semnalul. Cele două semnale de declanșare declanșează circuitul tiristor anti-paralel conducție pozitivă și negativă, deasupra 1 canal este conectat la întreaga tensiune a circuitului tiristor, în conducția tiristorului devine 0, iar 2, 3 canale sunt conectate la circuitul tiristor în sus și în jos semnalele de declanșare a drumului, cele 4 canale sunt măsurate prin debitul întregului curent tiristor.

2 canale au măsurat un semnal de declanșare pozitiv, declanșat deasupra conducției tiristorului, curentul este pozitiv; 3 canale au măsurat un semnal de declanșare inversă, declanșând circuitul inferior al conducției tiristorului, curentul este negativ.

3. Circuitul de acționare IGBT al seminarului Circuitul de acționare IGBT are multe solicitări speciale, rezumate:

(1) conduce rata de creștere și scădere a impulsului de tensiune ar trebui să fie suficient de mare. Porniți igbt, marginea anterioară a tensiunii abrupte a porții este adăugată la poarta G și emițătorul E între poartă, astfel încât să fie pornit rapid pentru a ajunge la cel mai scurt timp de pornire pentru a reduce pierderile de pornire. În oprirea IGBT, circuitul de acționare a porții ar trebui să furnizeze marginea de aterizare IGBT este o tensiune de oprire foarte abruptă, iar la poarta IGBT G și emițătorul E între tensiunea de polarizare inversă corespunzătoare, astfel încât oprirea rapidă a IGBT, să scurteze timpul de oprire, să reducă pierderea de oprire.

(2) După conducția IGBT, tensiunea și curentul de comandă furnizate de circuitul de comandă al porții ar trebui să aibă o amplitudine suficientă pentru tensiunea și curentul de comandă IGBT, astfel încât puterea de ieșire a IGBT să fie întotdeauna într-o stare saturată. Suprasarcină tranzitorie, puterea de antrenare furnizată de circuitul de antrenare al porții ar trebui să fie suficientă pentru a se asigura că IGBT nu iese din regiunea de saturație și nu se deteriorează.

(3) Circuitul de acționare a porții IGBT ar trebui să furnizeze tensiunea de acționare pozitivă IGBT pentru a lua valoarea corespunzătoare, în special în procesul de funcționare în scurtcircuit al echipamentului utilizat în IGBT, tensiunea de acționare pozitivă trebuie selectată la valoarea minimă necesară. Aplicarea de comutare a tensiunii porții a IGBT ar trebui să fie de 10V ~ 15V pentru cel mai bun.

(4) Procesul de oprire IGBT, tensiunea de polarizare negativă aplicată între poartă - emițător este propice pentru oprirea rapidă a IGBT, dar nu trebuie luată prea mare, obișnuit ia -2V la -10V.

(5) în cazul sarcinilor inductive mari, comutarea prea rapidă este dăunătoare, sarcinile inductive mari în pornirea și oprirea rapidă a IGBT vor produce frecvență înaltă și amplitudine mare și lățime îngustă a tensiunii de vârf Ldi / dt , vârful nu este ușor de absorbit, ușor de format deteriorarea dispozitivului.

(6) Deoarece IGBT este utilizat în locuri de înaltă tensiune, astfel încât circuitul de acționare ar trebui să fie cu întregul circuit de control în potențialul de izolare severă, utilizarea obișnuită a izolației de cuplare optică de mare viteză sau a izolației de cuplare a transformatorului.

Starea circuitului de acţionare

Odată cu dezvoltarea tehnologiei integrate, actualul circuit de acționare a porții IGBT este controlat în mare parte de cipuri integrate. Modul de control este încă în principal de trei tipuri:

(1) tip de declanșare directă fără izolație electrică între semnalele de intrare și de ieșire.

(2) unitatea de izolare a transformatorului între semnalele de intrare și de ieșire folosind izolarea transformatorului de impulsuri, nivelul tensiunii de izolare de până la 4000V.

Există 3 abordări, după cum urmează

Abordare pasivă: ieșirea transformatorului secundar este utilizată pentru a conduce direct IGBT-ul, datorită limitărilor egalizării volt-secundă, este aplicabilă numai în locurile în care ciclul de funcționare nu se schimbă prea mult.

Metoda activă: transformatorul furnizează doar semnale izolate, în circuitul secundar de amplificare din plastic pentru a conduce IGBT, forma de undă este mai bună, dar necesitatea de a furniza putere auxiliară separată.

Metoda de autoalimentare: transformatorul de impulsuri este utilizat pentru a transmite atât energia de antrenare, cât și tehnologia de modulare și demodulare de înaltă frecvență pentru transmiterea semnalelor logice, împărțită în abordare de auto-alimentare de tip modulație și tehnologia de partajare a timpului, în care modulația -de tip auto-alimentare la puntea redresorului pentru a genera sursa de alimentare necesară, tehnologia de modulare de înaltă frecvență și demodulare pentru a transmite semnale logice.

3. Contactul și diferența dintre tiristor și unitatea IGBT

Circuitul de antrenare a tiristorului și IGBT are o diferență între centrul similar. În primul rând, cele două circuite de acționare sunt necesare pentru a izola dispozitivul de comutare și circuitul de control unul de celălalt, astfel încât să se evite ca circuitele de înaltă tensiune să aibă un impact asupra circuitului de control. Apoi, ambele sunt aplicate semnalului de acționare a porții pentru a declanșa dispozitivul de comutare. Diferența este că dispozitivul tiristor necesită un semnal de curent, în timp ce IGBT necesită un semnal de tensiune. După conducerea dispozitivului de comutare, poarta tiristorului a pierdut controlul asupra utilizării tiristorului, dacă doriți să opriți tiristorul, bornele tiristorului trebuie adăugate la tensiunea inversă; și oprirea IGBT trebuie doar adăugată la poarta tensiunii de conducere negative, pentru a opri IGBT.

4. Concluzie

Această lucrare este împărțită în principal în două părți ale narațiunii, prima parte a solicitării circuitului de antrenare a tiristoarelor pentru a opri narațiunea, proiectarea circuitului de comandă corespunzător și proiectarea circuitului este aplicată circuitului tiristor practic, prin simulare. și experimentarea pentru a demonstra fezabilitatea circuitului de acționare, procesul experimental întâlnit în analiza problemelor oprite și tratate. A doua parte a discuției principale cu privire la IGBT la cererea circuitului de acționare și, pe această bază, pentru a introduce în continuare circuitul de acționare IGBT utilizat în mod obișnuit și circuitul principal de acționare a izolației optocuplerului pentru a opri simularea și experimentul, pentru a dovedi fezabilitatea circuitului de antrenare.