Жоғары қуатты MOSFET жетек тізбегінің принципі қандай?

Бірдей жоғары қуатты MOSFET, әртүрлі жетек тізбектерін пайдалану әртүрлі коммутация сипаттамаларын алады. Жетек тізбегінің жақсы өнімділігін пайдалану қуатты коммутациялық құрылғыны салыстырмалы түрде идеалды коммутациялық күйде жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бұл ретте коммутация уақытын қысқартады, коммутациялық жоғалтуларды азайтады, жұмыс тиімділігін орнату, сенімділік пен қауіпсіздікті қамтамасыз ету үлкен маңызға ие. Сондықтан жетек тізбегінің артықшылықтары мен кемшіліктері негізгі тізбектің өнімділігіне тікелей әсер етеді, жетек тізбегінің конструкциясын рационализациялаудың маңыздылығы арта түседі. Тиристордың өлшемі шағын, салмағы жеңіл, тиімділігі жоғары, қызмет ету мерзімі ұзақ, пайдалану оңай, түзеткіш пен инверторды оңай тоқтата алады және түзеткіш немесе инверторлық ток өлшемін өзгерту алғышарттарымен тізбек құрылымын өзгерте алмайды.IGBT композитті болып табылады. құрылғысыMOSFETжәне GTR, жылдам ауысу жылдамдығы, жақсы термиялық тұрақтылық, шағын жетек қуаты және қарапайым жетек тізбегі сипаттамалары бар және күйдегі кернеудің шағын төмендеуі, жоғары төзімділік кернеуі және жоғары қабылдау тогының артықшылықтары бар. IGBT негізгі қуат шығару құрылғысы ретінде, әсіресе жоғары қуатты жерлерде әртүрлі санаттарда жиі қолданылады.

Жоғары қуатты MOSFET коммутациялық құрылғылары үшін тамаша қозғалтқыш схемасы келесі талаптарға сәйкес болуы керек:

(1) Қуатты ауыстырып қосу түтігі қосулы кезде, жетек тізбегі жылдам өсетін негізгі токты қамтамасыз ете алады, осылайша ол қосылған кезде қозғаушы қуат жеткілікті болады, осылайша қосу жоғалуын азайтады.

(2) Ауыстыру түтігінің өткізгіштігі кезінде MOSFET драйвер тізбегі қамтамасыз ететін негізгі ток қуат түтігінің кез келген жүктеме жағдайында қаныққан өткізгіштік күйінде болуын қамтамасыз ете алады, бұл салыстырмалы түрде төмен өткізгіштік жоғалуын қамтамасыз етеді. Сақтау уақытын қысқарту үшін құрылғы өшіру алдында өте маңызды қаныққан күйде болуы керек.

(3) өшіру, жетек тізбегі сақтау уақытын қысқарту үшін базалық аймақта қалған тасымалдаушыларды жылдам шығару үшін жеткілікті кері негізгі жетекті қамтамасыз етуі керек; және коллектор тогы қону уақытын қысқарту үшін тез төмендейтіндей кері ығысуды кесу кернеуін қосыңыз. Әрине, тиристорды өшіру әлі де негізінен өшіруді аяқтау үшін кері анод кернеуінің төмендеуіне байланысты.

Қазіргі уақытта, салыстырмалы саны бар тиристор жетегі ғана трансформатор немесе оптикалық оқшаулау арқылы төмен вольтты ұшын және жоғары вольтты ұшын ажырату үшін, содан кейін тиристор өткізгіштігін қозғау үшін түрлендіру тізбегі арқылы. Ағымдағы пайдалану үшін IGBT-де көбірек IGBT жетек модулі, сонымен қатар біріктірілген IGBT, жүйенің өзіндік қызмет көрсетуі, өзін-өзі диагностикалау және IPM-тің басқа функционалдық модульдері.

Бұл мақалада біз қолданатын тиристор үшін тәжірибелік жетек тізбегін құрастырамыз және тиристорды қозғай алатынын дәлелдеу үшін нақты сынақты тоқтатамыз. IGBT дискісіне келетін болсақ, бұл жұмыс негізінен IGBT дискінің ағымдағы негізгі түрлерін, сондай-ақ олардың сәйкес жетек тізбегін және симуляциялық экспериментті тоқтату үшін ең жиі қолданылатын оптопарларды оқшаулау дискісін ұсынады.

2. Тиристорлық жетек тізбегін зерттеу жалпы тиристордың жұмыс жағдайлары:

(1) тиристор кері анодтық кернеуді қабылдайды, қақпа қандай кернеуді қабылдайтынына қарамастан, тиристор өшірулі күйде.

(2) Тиристор тікелей анодтық кернеуді қабылдайды, тек оң кернеуді қабылдайтын қақпа жағдайында тиристор қосулы болады.

(3) Тиристор өткізгіштік жағдайда, тек белгілі бір оң анодтық кернеу, қақпа кернеуіне қарамастан, тиристор өткізуді талап етті, яғни тиристорлық өткізгіштіктен кейін қақпа жоғалады. (4) тиристор негізгі тізбектің кернеуі (немесе ток) нөлге дейін төмендегенде, тиристорды өшіру кезінде өткізгіштік күйінде. Біз тиристорды TYN1025 таңдаймыз, оның төзімділік кернеуі 600В-тан 1000В-қа дейін, ток 25А-ға дейін. ол 10В-дан 20В-ға дейінгі қақпа жетекінің кернеуін қажет етеді, жетек тогы 4мА-дан 40мА-ға дейін. және оның техникалық қызмет көрсету тогы 50мА, қозғалтқыш тогы 90мА. DSP немесе CPLD триггер сигналының амплитудасы 5 В дейін. Ең алдымен, амплитудасы 5 В 24 В-қа дейін, содан кейін 2: 1 оқшаулау трансформаторы арқылы 24 В триггер сигналын 12 В триггер сигналына түрлендіру үшін, жоғарғы және төменгі кернеуді оқшаулау функциясын аяқтайды.

Эксперименттік схеманы құрастыру және талдау

Ең алдымен, күшейту тізбегі, артқы сатыдағы оқшаулау трансформаторының тізбегіне байланыстыMOSFETқұрылғыға 15 В триггер сигналы қажет, сондықтан алдымен 5 В триггер сигналын 15 В триггер сигналына амплитудасы қажет, MC14504 5 В сигналы арқылы 15 В сигналына түрлендіріледі, содан кейін CD4050 арқылы 15 В жетек сигналының шығысындағы пішіндеу, 2 арна 5В кіріс сигналына, 1-арна шығысқа қосылған 2-арнаға қосылған 5В кіріс сигналы, 1-арна 15В триггер сигналының шығысына қосылған.

Екінші бөлік - оқшаулағыш трансформатор тізбегі, тізбектің негізгі функциясы: тиристордың өткізгіштігінің артқы жағын іске қосу және 15 В триггер сигналын орындау үшін 12 В триггер сигналына айналдырылған 15 В триггер сигналы және артқы арасындағы қашықтық. кезең.

Тізбектің жұмыс принципі: байланыстыMOSFETIRF640 жетек кернеуі 15В, сондықтан, ең алдымен, J1-де 15В шаршы толқынды сигналға, 1N4746 реттегішіне қосылған R4 резисторы арқылы, іске қосу кернеуі тұрақты болуы үшін, сонымен қатар триггер кернеуі тым жоғары болмауы үшін. , MOSFET-ті күйдіріп, содан кейін MOSFET IRF640-ға (шын мәнінде бұл коммутациялық түтік, артқы ұшын басқару). ашу және жабу), жетек сигналының жұмыс циклін басқарғаннан кейін, MOSFET қосу және өшіру уақытын басқара алу үшін. MOSFET ашық болғанда, оның D-полюсті жерге эквивалентті, ол ашық болған кезде өшірулі, 24 В-қа тең артқы тізбектен кейін. Және трансформатор 12 В шығыс сигналының оң жақ ұшын жасау үшін кернеуді өзгерту арқылы болады. . Трансформатордың оң жақ шеті түзеткіш көпірге қосылады, содан кейін X1 қосқышынан 12 В сигнал шығады.

Эксперимент барысында кездесетін мәселелер

Ең алдымен, электр қуатын қосқан кезде сақтандырғыш кенеттен жанып кетті, кейінірек тізбекті тексергенде, бастапқы схеманың конструкциясында ақау бар екені анықталды. Бастапқыда оның коммутациялық түтік шығысының әсерін жақсарту үшін MOSFET қақпасының G полюсін S полюсінің артқы жағына эквивалент ететін 24 В жерге және 15 В жерге бөлу тоқтатылады, бұл жалған іске қосуға әкеледі. Емдеу 24 В және 15 В жерді біріктіру болып табылады және экспериментті тоқтату үшін қайтадан схема қалыпты жұмыс істейді. Схема қосылымы қалыпты, бірақ диск сигналына, MOSFET қызуына, плюс жетек сигналына белгілі бір уақыт кезеңіне қатысқан кезде сақтандырғыш жанып кетеді, содан кейін жетек сигналын қосыңыз, сақтандырғыш тікелей жанып кетеді. Схеманы тексеріңіз, жетек сигналының жоғары деңгейлі жұмыс циклі тым үлкен, нәтижесінде MOSFET қосу уақыты тым ұзақ. Бұл схеманың дизайны MOSFET ашылған кезде жасайды, MOSFET ұштарына тікелей қосылған 24 В және токты шектейтін резисторды қоспаған, егер қосу уақыты тым ұзақ болса, ток тым үлкен болса, MOSFET зақымдалуы, сигналдың жұмыс циклін реттеу қажеттілігі тым үлкен болуы мүмкін емес, әдетте 10% -дан 20% немесе одан да көп.

2.3 Жетек тізбегін тексеру

Жетек тізбегінің орындылығын тексеру үшін оны бір-бірімен тізбектей жалғанған тиристор тізбегін, тиристорды бір-бірімен тізбектей және одан кейін антипараллельді жүргізу үшін, индуктивті реактивтілігі бар тізбекке кіру, қоректендіру көзін қолданамыз. 380В айнымалы ток кернеу көзі болып табылады.

Бұл тізбектегі MOSFET тиристор Q2, Q8 сигналын G11 және G12 кіру арқылы іске қосады, ал Q5, Q11 сигналын G21, G22 кіру арқылы іске қосады. Тиристорлық қақпа деңгейіне жетек сигналы қабылданбай тұрып, тиристордың кедергіге қарсы қабілетін жақсарту үшін тиристордың қақпасы резисторға және конденсаторға қосылады. Бұл контур индукторға қосылады, содан кейін негізгі тізбекке қойылады. Тиристордың өткізгіштік бұрышын басқарғаннан кейін үлкен индукторды негізгі тізбек уақытына басқару үшін, жарты циклдің триггер сигналының айырмашылығы фазалық бұрышының жоғарғы және төменгі тізбектері, жоғарғы G11 және G12 триггер сигналы болып табылады. Оқшаулағыш трансформатордың алдыңғы сатысының жетек тізбегі арқылы бір-бірінен оқшауланады, төменгі G21 және G22 де сигналдан бірдей оқшауланады. Екі триггер сигналы антипараллельді тиристор тізбегінің оң және теріс өткізгіштігін іске қосады, 1 арнадан жоғары барлық тиристор тізбегінің кернеуі қосылады, тиристорлық өткізгіштікте ол 0-ге айналады, ал 2, 3 арна тиристор тізбегіне жоғары және төмен қосылады. жол триггерінің сигналдары, 4 арна бүкіл тиристорлық токтың ағынымен өлшенеді.

2 арнада тиристорлық өткізгіштіктен жоғары іске қосылған оң триггер сигналы өлшенді, ток оң; 3 арна тиристорлық өткізгіштіктің төменгі тізбегін іске қосатын кері триггер сигналын өлшейді, ток теріс.

3. Семинардың IGBT жетек тізбегінің IGBT жетек тізбегі көптеген арнайы сұраныстарға ие, қорытындыланған:

(1) кернеу импульсінің көтерілу және төмендеу жылдамдығы жеткілікті үлкен болуы керек. igbt қосулы кезде, тік қақпа кернеуінің алдыңғы шеті G қақпасы мен эмитент E қақпаның арасына қосылады, осылайша ол қосу шығындарын азайту үшін уақыт бойынша ең қысқа айналымға жету үшін жылдам қосылады. IGBT өшіру кезінде қақпа жетек тізбегі IGBT қону жиегін өте тік өшіру кернеуін қамтамасыз етуі керек, ал IGBT қақпасы G мен эмитент E сәйкес кері ығысу кернеуі арасында, осылайша IGBT жылдам өшіру, өшіру уақытын қысқарту, азайту өшіру жоғалуы.

(2) IGBT өткізгеннен кейін, IGBT қуатының шығысы әрқашан қаныққан күйде болуы үшін, IGBT жетек тізбегі қамтамасыз ететін жетек кернеуі мен ток IGBT жетегінің кернеуі мен тогы үшін жеткілікті амплитудасы болуы керек. Өтпелі шамадан тыс жүктеме, қақпа жетек тізбегі қамтамасыз ететін қозғаушы қуат IGBT қанықтыру аймағынан шықпауын және зақымдануын қамтамасыз ету үшін жеткілікті болуы керек.

(3) IGBT қақпасының жетек тізбегі сәйкес мәнді қабылдау үшін IGBT оң жетек кернеуін қамтамасыз етуі керек, әсіресе IGBT-де қолданылатын жабдықтың қысқа тұйықталу жұмыс процесінде оң жетек кернеуі талап етілетін ең аз мәнге таңдалуы керек. IGBT қақпасының кернеуін ауыстырып қосу ең жақсы болуы үшін 10V ~ 15V болуы керек.

(4) IGBT өшіру процесі, қақпа - эмитент арасында қолданылатын теріс ығысу кернеуі IGBT жылдам өшірілуіне ықпал етеді, бірақ тым үлкен қабылданбауы керек, қарапайым қабылдау -2В-дан -10В-ға дейін.

(5) үлкен индуктивті жүктемелер жағдайында, тым жылдам ауысу зиянды, IGBT-дегі үлкен индуктивті жүктемелер жылдам қосылу және өшіру, жоғары жиілікті және жоғары амплитудалық және тар ені Ldi / дт кернеуді тудырады. , масақты сіңіру оңай емес, құрылғының зақымдалуын қалыптастыру оңай.

(6) IGBT жоғары вольтты жерлерде қолданылатындықтан, жетек тізбегі қатты оқшаулау әлеуетінде бүкіл басқару тізбегімен бірге болуы керек, әдеттегі пайдалану жоғары жылдамдықты оптикалық муфтаны оқшаулау немесе трансформатор ілінісу оқшаулауы.

Жетек тізбегінің күйі

Біріктірілген технологияның дамуымен ағымдағы IGBT қақпасының жетек тізбегі негізінен біріктірілген чиптермен басқарылады. Басқару режимі әлі де негізінен үш түрлі:

(1) тікелей іске қосу түрі кіріс және шығыс сигналдар арасында электрлік оқшаулау жоқ.

(2) импульстік трансформаторды оқшаулауды пайдаланатын кіріс және шығыс сигналдар арасындағы трансформаторды оқшаулау жетегі, оқшаулау кернеуінің деңгейі 4000 В дейін.

Төмендегідей 3 тәсіл бар

Пассивті тәсіл: қайталама трансформатордың шығысы IGBT-ді тікелей жүргізу үшін пайдаланылады, вольт-секундтық теңестірудің шектеулеріне байланысты ол жұмыс циклі көп өзгермейтін жерлерге ғана қолданылады.

Белсенді әдіс: трансформатор тек оқшауланған сигналдарды қамтамасыз етеді, екінші реттік пластикалық күшейткіш тізбегінде IGBT-ді басқару үшін дискінің толқын пішіні жақсырақ, бірақ бөлек қосымша қуат беру қажеттілігі.

Өзін-өзі қамтамасыз ету әдісі: импульстік трансформатор жетектің энергиясын да, жоғары жиілікті модуляция және логикалық сигналдарды беру үшін демодуляция технологиясын да беру үшін қолданылады, модуляция типті өзін-өзі қамтамасыз ету тәсіліне және модуляция болатын уақытты бөлу технологиясына бөлінеді. -қажетті қоректендіру көзін генерациялау үшін түзеткіш көпірге өзін-өзі қамтамасыз ететін қуат түрі, логикалық сигналдарды беру үшін жоғары жиілікті модуляция және демодуляция технологиясы.

3. Тиристор мен IGBT жетек арасындағы байланыс және айырмашылық

Тиристорлық және IGBT жетек тізбегі ұқсас орталықтың арасындағы айырмашылыққа ие. Ең алдымен, жоғары вольтты тізбектердің басқару тізбегіне әсер етпеуі үшін екі жетек тізбегі коммутациялық құрылғы мен басқару тізбегін бір-бірінен оқшаулау үшін қажет. Содан кейін қосқыш құрылғыны іске қосу үшін екеуі де қақпа жетек сигналына қолданылады. Айырмашылығы, тиристорлық жетек ток сигналын қажет етеді, ал IGBT кернеу сигналын қажет етеді. Коммутациялық құрылғыны өткізгеннен кейін тиристордың қақпасы тиристорды пайдалануды бақылауды жоғалтты, тиристорды өшіргіңіз келсе, тиристор терминалдарын кері кернеуге қосу керек; және IGBT өшірілуін IGBT өшіру үшін тек теріс жетек кернеуінің қақпасына қосу керек.

4. Қорытынды

Бұл қағаз негізінен әңгіменің екі бөлігіне бөлінген, тиристорлық жетек тізбегінің бірінші бөлігі баяндауды тоқтатуға, сәйкес жетек тізбегінің дизайнына және схеманың дизайны модельдеу арқылы практикалық тиристор тізбегіне қолданылады. және жетек тізбегінің орындылығын дәлелдеу бойынша тәжірибе, тоқтатылған және қарастырылған мәселелерді талдау кезінде кездесетін тәжірибелік процесс. Жетек тізбегінің сұранысы бойынша IGBT бойынша негізгі пікірталастың екінші бөлігі және осы негізде ағымдық жиі қолданылатын IGBT жетек тізбегі мен негізгі оптоэлементтерді оқшаулау жетек тізбегі модельдеу мен экспериментті тоқтату үшін, дәлелдеу. жетек тізбегінің орындылығы.