Cal é o principio do circuíto de accionamento dun MOSFET de alta potencia?

O mesmo MOSFET de alta potencia, o uso de diferentes circuítos de accionamento obterá diferentes características de conmutación. O uso dun bo rendemento do circuíto de accionamento pode facer que o dispositivo de conmutación funcione nun estado de conmutación relativamente ideal, mentres que acurta o tempo de conmutación, reduce as perdas de conmutación, a instalación da eficiencia operativa, a fiabilidade e a seguridade son de gran importancia. Polo tanto, as vantaxes e desvantaxes do circuíto de accionamento afectan directamente o rendemento do circuíto principal, a racionalización do deseño do circuíto de accionamento é cada vez máis importante. O tiristor de pequeno tamaño, peso lixeiro, alta eficiencia, longa vida útil, fácil de usar, pode deter facilmente o rectificador e o inversor e non pode cambiar a estrutura do circuíto baixo a premisa de cambiar o tamaño do rectificador ou da corrente do inversor. IGBT é un composto. dispositivo deMOSFETe GTR, que ten as características de velocidade de conmutación rápida, boa estabilidade térmica, pequena potencia de condución e circuíto de accionamento sinxelo, e ten as vantaxes dunha pequena caída de tensión no estado, alta tensión de resistencia e alta corrente de aceptación. IGBT como dispositivo de saída de enerxía principal, especialmente en lugares de alta potencia, utilizouse habitualmente en varias categorías.

O circuíto de condución ideal para dispositivos de conmutación MOSFET de alta potencia debe cumprir os seguintes requisitos:

(1) Cando o tubo de conmutación de enerxía está acendido, o circuíto de condución pode proporcionar unha corrente de base que aumenta rapidamente, de xeito que haxa suficiente potencia de condución cando se acende, reducindo así a perda de aceso.

(2) Durante a condución do tubo de conmutación, a corrente base proporcionada polo circuíto controlador MOSFET pode garantir que o tubo de alimentación estea en estado de condución saturado en calquera condición de carga, garantindo unha perda de condución relativamente baixa. Para reducir o tempo de almacenamento, o dispositivo debe estar nun estado de saturación crítico antes do apagado.

(3) apagado, o circuíto de accionamento debe proporcionar suficiente unidade de base inversa para extraer rapidamente os transportistas restantes na rexión base para reducir o tempo de almacenamento; e engade a tensión de corte de polarización inversa, para que a corrente do colector caia rapidamente para reducir o tempo de aterraxe. Por suposto, o apagado do tiristor segue sendo principalmente pola caída de tensión do ánodo inverso para completar o apagado.

Actualmente, o tiristor unidade cun número comparable de só a través do illamento do transformador ou optoacoplador para separar o extremo de baixa tensión e o extremo de alta tensión, e despois a través do circuíto de conversión para conducir a condución do tiristor. No IGBT para o uso actual de máis módulo de unidade IGBT, pero tamén IGBT integrado, auto-mantemento do sistema, autodiagnóstico e outros módulos funcionais do IPM.

Neste artigo, para o tiristor que usamos, deseñamos un circuíto de accionamento experimental e detémoslle a proba real para demostrar que pode conducir o tiristor. En canto á unidade de IGBT, este artigo presenta principalmente os principais tipos actuais de unidade IGBT, así como o seu correspondente circuíto de unidade e a unidade de illamento de optoacoplador máis utilizada para deter o experimento de simulación.

2. Estudo do circuíto de accionamento do tiristor en xeral as condicións de funcionamento do tiristor son:

(1) o tiristor acepta a tensión do ánodo inverso, independentemente da porta que acepte que tipo de tensión, o tiristor está en estado apagado.

(2) O tiristor acepta a tensión do ánodo directo, só no caso da porta acepta unha tensión positiva o tiristor está acendido.

(3) Tiristor en condición de condución, só unha certa tensión de ánodo positiva, independentemente da tensión da porta, o tiristor insistiu na condución, é dicir, despois da condución do tiristor, a porta pérdese. (4) tiristor en condición de condución, cando a tensión do circuíto principal (ou corrente) reducida a preto de cero, o tiristor apagado. Escollemos o tiristor TYN1025, a súa tensión de soportación é de 600V a 1000V, corrente de ata 25A. Requírese que a tensión do accionamento da porta sexa de 10 V a 20 V, a corrente do accionamento é de 4 mA a 40 mA. e a súa corrente de mantemento é de 50 mA, a corrente do motor é de 90 mA. amplitude do sinal de activación DSP ou CPLD ata 5V. Primeiro de todo, sempre que a amplitude de 5V en 24V, e despois a través dun transformador de illamento 2:1 para converter o sinal de disparo de 24V nun sinal de disparo de 12V, mentres se completa a función de illamento de tensión superior e inferior.

Deseño e análise de circuítos experimentais

En primeiro lugar, o circuíto de impulso, debido ao circuíto do transformador de illamento na etapa posterior doMOSFETO dispositivo necesita un sinal de disparo de 15 V, polo que a necesidade de primeiro amplitude o sinal de disparo de 5 V nun sinal de disparo de 15 V, a través do sinal de disparo MC14504 de 5 V, convertido nun sinal de 15 V e, a continuación, a través do CD4050 na saída da configuración do sinal da unidade de 15 V, canle 2 está conectado ao sinal de entrada de 5 V, a canle 1 está conectada á saída. A canle 2 está conectada ao sinal de entrada de 5 V, a canle 1 está conectada. á saída do sinal de disparo de 15 V.

A segunda parte é o circuíto do transformador de illamento, a función principal do circuíto é: o sinal de disparo de 15 V, convertido nun sinal de disparo de 12 V para activar a parte traseira da condución do tiristor e facer o sinal de disparo de 15 V e a distancia entre a parte traseira. etapa.

O principio de funcionamento do circuíto é: debido aoMOSFETTensión de accionamento IRF640 de 15 V, polo que, en primeiro lugar, en J1 accede ao sinal de onda cadrada de 15 V, a través da resistencia R4 conectada ao regulador 1N4746, para que a tensión de disparo sexa estable, pero tamén para que a tensión de disparo non sexa demasiado alta. , MOSFET queimado, e despois ao MOSFET IRF640 (de feito, este é un tubo de conmutación, o control do extremo posterior da abertura e pechando. Controla o extremo posterior do encendido e apagado), despois de controlar o ciclo de traballo do sinal de condución, para poder controlar o tempo de acendido e apagado do MOSFET. Cando o MOSFET está aberto, equivalente ao seu polo D, apaga cando está aberto, despois do circuíto de fondo equivalente a 24 V. E o transformador está a través do cambio de tensión para facer o extremo dereito do sinal de saída de 12 V. . O extremo dereito do transformador está conectado a unha ponte rectificadora e, a continuación, o sinal de 12 V sae do conector X1.

Problemas atopados durante o experimento

Primeiro de todo, cando se acendeu o fusible de súpeto, fundouse e, máis tarde, ao comprobar o circuíto, comprobouse que había un problema co deseño do circuíto inicial. Inicialmente, para mellorar o efecto da súa saída de tubo de conmutación, a separación de terra de 24 V e de terra de 15 V, o que fai que o polo G da porta do MOSFET sexa equivalente á parte traseira do polo S está suspendido, o que provoca un falso disparo. O tratamento consiste en conectar a terra de 24 V e 15 V xuntos e, de novo, para deter o experimento, o circuíto funciona normalmente. A conexión do circuíto é normal, pero ao participar no sinal de unidade, a calor MOSFET, máis o sinal de unidade durante un período de tempo, o fusible é quemado e, a continuación, engade o sinal de unidade, o fusible é quemado directamente. Comprobe o circuíto descubriu que o ciclo de traballo de alto nivel do sinal da unidade é demasiado grande, polo que o tempo de activación do MOSFET é demasiado longo. O deseño deste circuíto fai que cando o MOSFET se abre, 24 V engadidos directamente aos extremos do MOSFET e non engade unha resistencia limitadora de corrente, se o tempo de conexión é demasiado longo para que a corrente sexa demasiado grande, o MOSFET danos. a necesidade de regular o ciclo de traballo do sinal non pode ser demasiado grande, xeralmente no 10% ao 20% ou máis.

2.3 Verificación do circuíto de accionamento

Co fin de verificar a viabilidade do circuíto de accionamento, usámolo para conducir o circuíto de tiristores conectados en serie entre si, o tiristor en serie entre si e despois anti-paralelo, o acceso ao circuíto con reactancia indutiva, a fonte de alimentación. é unha fonte de tensión de 380 V CA.

MOSFET neste circuíto, o tiristor Q2, Q8 sinal de activación a través do acceso G11 e G12, mentres que Q5, Q11 sinal de activación a través do acceso G21, G22. Antes de recibir o sinal de accionamento ao nivel da porta do tiristor, para mellorar a capacidade antiinterferencia do tiristor, a porta do tiristor está conectada a unha resistencia e un capacitor. Este circuíto conéctase ao indutor e despois colócase no circuíto principal. Despois de controlar o ángulo de condución do tiristor para controlar o gran indutor no tempo do circuíto principal, os circuítos superior e inferior do ángulo de fase da diferenza de sinal de disparo de medio ciclo, o G11 superior e o G12 son un sinal de disparo ata o final. a través do circuíto de accionamento da etapa frontal do transformador de illamento está illado entre si, o G21 inferior e G22 tamén están illados do mesmo xeito que o sinal. Os dous sinais de disparo desencadean a condución positiva e negativa do circuíto de tiristores anti-paralelo, por riba da canle 1 está conectada a toda a tensión do circuíto do tiristor, na condución do tiristor pasa a ser 0 e a canle 2, 3 está conectada ao circuíto do tiristor cara arriba e abaixo. os sinais de activación da estrada, a canle 4 mídese polo fluxo de toda a corrente do tiristor.

2 canles mediron un sinal de disparo positivo, activado por riba da condución do tiristor, a corrente é positiva; 3 canles mediron un sinal de disparo inverso, desencadeando o circuíto inferior da condución do tiristor, a corrente é negativa.

3.O circuíto de condución IGBT do seminario O circuíto de condución IGBT ten moitas solicitudes especiais, resumidas:

(1) dirixir a taxa de ascenso e descenso do pulso de tensión debe ser suficientemente grande. igbt activado, o bordo de ataque da tensión de porta empinada engádese á porta G e ao emisor E entre a porta, de xeito que se acende rapidamente para alcanzar o tempo máis curto para reducir as perdas de aceso. No apagado IGBT, o circuíto de accionamento da porta debe proporcionar o bordo de aterraxe IGBT é unha tensión de apagado moi pronunciada, e á porta IGBT G e ao emisor E entre a tensión de polarización inversa adecuada, para que o apagado rápido IGBT, acurte o tempo de apagado, reduza a perda de apagado.

(2) Despois da condución do IGBT, a tensión e corrente de accionamento proporcionada polo circuíto de accionamento da porta deberían ser suficientes para a tensión e corrente de accionamento IGBT, de xeito que a potencia de saída do IGBT estea sempre en estado saturado. Sobrecarga transitoria, a potencia de condución proporcionada polo circuíto de accionamento da porta debe ser suficiente para garantir que o IGBT non saia da rexión de saturación e danos.

(3) O circuíto de accionamento da porta IGBT debe proporcionar unha tensión de accionamento positiva IGBT para tomar o valor adecuado, especialmente no proceso de funcionamento de curtocircuíto do equipo utilizado no IGBT, a tensión de accionamento positiva debe seleccionarse ao valor mínimo necesario. A aplicación de conmutación da tensión de porta do IGBT debe ser de 10 V ~ 15 V para o mellor.

(4) Proceso de apagado IGBT, a tensión de polarización negativa aplicada entre a porta - emisor é propicia para o apagado rápido do IGBT, pero non debe tomarse demasiado grande, a toma normal de -2V a -10V.

(5) no caso de grandes cargas indutivas, a conmutación demasiado rápida é prexudicial, as grandes cargas indutivas no aceso e apagado rápidos do IGBT producirán alta frecuencia e amplitude elevada e ancho estreito da tensión de pico Ldi / dt , o pico non é fácil de absorber, fácil de formar danos no dispositivo.

(6) Como o IGBT se usa en lugares de alta tensión, o circuíto de accionamento debe estar con todo o circuíto de control no potencial de illamento severo, o uso normal de illamento de acoplamento óptico de alta velocidade ou illamento de acoplamento de transformador.

Estado do circuíto de condución

Co desenvolvemento da tecnoloxía integrada, o circuíto de unidade de porta IGBT actual está controlado principalmente por chips integrados. O modo de control aínda é principalmente de tres tipos:

(1) tipo de disparo directo sen illamento eléctrico entre os sinais de entrada e saída.

(2) unidade de illamento do transformador entre os sinais de entrada e saída mediante illamento do transformador de pulso, nivel de tensión de illamento de ata 4000 V.

Hai 3 enfoques como segue

Enfoque pasivo: a saída do transformador secundario utilízase para conducir directamente o IGBT, debido ás limitacións da ecualización voltio-segundo, só é aplicable a lugares onde o ciclo de traballo non cambia moito.

Método activo: o transformador só proporciona sinais illados, no circuíto de amplificador de plástico secundario para conducir IGBT, a forma de onda é mellor, pero a necesidade de proporcionar enerxía auxiliar separada.

Método de autoabastecemento: o transformador de pulsos utilízase para transmitir enerxía de accionamento e tecnoloxía de modulación e demodulación de alta frecuencia para a transmisión de sinais lóxicos, dividida en enfoque de autoabastecemento de tipo modulación e autoabastecemento de tecnoloxía de tempo compartido, na que a modulación -Tipo de enerxía de autoabastecemento á ponte rectificadora para xerar a fonte de enerxía necesaria, a modulación de alta frecuencia e a tecnoloxía de demodulación para transmitir sinais lóxicos.

3. Contacto e diferenza entre o tiristor e a unidade IGBT

O circuíto de tiristores e IGBT ten unha diferenza entre o centro similar. En primeiro lugar, os dous circuítos de accionamento son necesarios para illar o dispositivo de conmutación e o circuíto de control entre si, para evitar que os circuítos de alta tensión teñan un impacto no circuíto de control. Despois, ambos aplícanse ao sinal de condución da porta para activar o dispositivo de conmutación. A diferenza é que a unidade de tiristores require un sinal de corrente, mentres que o IGBT require un sinal de tensión. Despois da condución do dispositivo de conmutación, a porta do tiristor perdeu o control do uso do tiristor, se quere apagar o tiristor, os terminais do tiristor deben engadirse á tensión inversa; e o apagado do IGBT só hai que engadir á porta da tensión de condución negativa, para apagar o IGBT.

4. Conclusión

Este documento divídese principalmente en dúas partes da narración, a primeira parte da solicitude do circuíto de accionamento de tiristores para deter a narración, o deseño do circuíto de accionamento correspondente e o deseño do circuíto aplícase ao circuíto de tiristores práctico mediante simulación. e experimentación para demostrar a viabilidade do circuíto de accionamento, o proceso experimental atopado na análise dos problemas parados e tratados. A segunda parte da discusión principal sobre o IGBT a petición do circuíto de accionamento, e sobre esta base para introducir aínda máis o circuíto de accionamento IGBT de uso común e o circuíto principal de illamento do optoacoplador para deter a simulación e experimentar, para probar o viabilidade do circuíto de accionamento.