Mi a nagy teljesítményű MOSFET meghajtó áramkörének elve?

Ugyanaz a nagy teljesítményű MOSFET, a különböző meghajtó áramkörök használata eltérő kapcsolási jellemzőket kap. A hajtóáramkör jó teljesítményének kihasználásával a teljesítménykapcsoló berendezés viszonylag ideális kapcsolási állapotban működhet, miközben lerövidül a kapcsolási idő, csökken a kapcsolási veszteség, nagy jelentőséggel bír a működési hatékonyság, megbízhatóság és biztonság beépítése. Ezért a meghajtó áramkör előnyei és hátrányai közvetlenül befolyásolják a fő áramkör teljesítményét, egyre fontosabb a meghajtó áramkör kialakításának ésszerűsítése. A tirisztor kis méretű, könnyű súlya, nagy hatékonysága, hosszú élettartama, könnyen használható, könnyen leállíthatja az egyenirányítót és az invertert, és nem változtathatja meg az áramkör szerkezetét az egyenirányító vagy az inverteráram méretének megváltoztatása mellett. Az IGBT egy kompozit készülékeMOSFETés a GTR, amelynek jellemzői a gyors kapcsolási sebesség, a jó termikus stabilitás, a kis hajtási teljesítmény és az egyszerű meghajtó áramkör, valamint a kis bekapcsolt állapotú feszültségesés, a nagy ellenállási feszültség és a nagy átvételi áram előnyei. Az IGBT-t, mint fő áramkimeneti eszközt, különösen nagy teljesítményű helyeken, gyakran használják különféle kategóriákban.

A nagy teljesítményű MOSFET kapcsolókészülékek ideális meghajtó áramkörének meg kell felelnie a következő követelményeknek:

(1) Amikor a tápkapcsoló cső be van kapcsolva, a meghajtó áramkör gyorsan növekvő bázisáramot tud biztosítani, hogy elegendő hajtóerő legyen bekapcsoláskor, így csökken a bekapcsolási veszteség.

(2) A kapcsolócső vezetése során a MOSFET meghajtó áramkör által biztosított alapáram biztosíthatja, hogy a tápcső telített vezetési állapotban legyen bármilyen terhelés mellett, így viszonylag alacsony vezetési veszteséget biztosít. A tárolási idő csökkentése érdekében a készüléknek kritikus telítettségi állapotban kell lennie a leállítás előtt.

(3) leállítás, a meghajtó áramkörnek elegendő hátrameneti alaphajtást kell biztosítania ahhoz, hogy gyorsan kihúzza az alapterületen maradt vivőket a tárolási idő csökkentése érdekében; és adjunk hozzá fordított előfeszítési feszültséget, hogy a kollektoráram gyorsan csökkenjen a leszállási idő csökkentése érdekében. Természetesen a tirisztor leállítása továbbra is főként a fordított anód feszültségesésével történik a leállás befejezése érdekében.

Jelenleg a tirisztorok hasonló számmal csak a transzformátoron vagy az optocsatolón keresztül választják el a kisfeszültségű és a nagyfeszültségű végét, majd az átalakító áramkörön keresztül hajtják meg a tirisztor vezetését. Az IGBT a jelenlegi használata több IGBT meghajtó modul, hanem integrált IGBT, a rendszer önfenntartó, öndiagnosztika és egyéb funkcionális modulok az IPM.

Ebben a cikkben az általunk használt tirisztorhoz kísérleti meghajtóáramkört tervezünk, és leállítjuk a valódi tesztet, hogy bebizonyítsuk, képes-e meghajtani a tirisztort. Ami az IGBT meghajtót illeti, ez a cikk elsősorban az IGBT meghajtók jelenlegi fő típusait, valamint a hozzájuk tartozó meghajtó áramkört, valamint a szimulációs kísérlet leállítására leggyakrabban használt optocsatoló szigetelő meghajtót mutatja be.

2. A tirisztor meghajtó áramkör tanulmányozása általában a tirisztor működési feltételei a következők:

(1) a tirisztor a fordított anódfeszültséget fogadja, függetlenül attól, hogy a kapu milyen feszültséget fogad el, a tirisztor kikapcsolt állapotban van.

(2) A tirisztor előremenő anódfeszültséget fogad el, csak abban az esetben, ha a kapu pozitív feszültséget fogad el, a tirisztor be van kapcsolva.

(3) Tirisztor vezetési állapotban, csak bizonyos pozitív anódfeszültség, a kapufeszültségtől függetlenül a tirisztor ragaszkodott a vezetéshez, vagyis a tirisztoros vezetés után a kapu elveszik. (4) tirisztor vezetési állapotban, amikor a főáramkör feszültsége (vagy áramerőssége) nulla közelébe csökken, a tirisztor leáll. A tirisztort TYN1025-re választjuk, feszültsége 600V-1000V, áramerőssége 25A-ig. szükséges, hogy a kapumeghajtó feszültsége 10 V és 20 V között legyen, a meghajtó áram 4 mA és 40 mA között legyen. és a karbantartási árama 50mA, a motor árama 90mA. akár DSP, akár CPLD triggerjel amplitúdója 5 V-ig. Először is, amíg az 5V amplitúdója 24V-ra változik, majd egy 2:1 leválasztó transzformátoron keresztül a 24V-os triggerjelet 12V-os triggerjellé alakítja át, miközben a felső és alsó feszültségleválasztás funkcióját teljesíti.

Kísérleti áramkörök tervezése és elemzése

Mindenekelőtt a boost áramkör, a leválasztó transzformátor áramkör miatt a hátsó fokozatbanMOSFETAz eszköznek 15V-os triggerjelre van szüksége, ezért először 5V-os amplitúdójú triggerjelet kell 15V-os triggerjellé alakítani, az MC14504 5V-os jelén keresztül 15V-os jellé alakítani, majd a CD4050-en keresztül a 15V-os meghajtó jelformázó kimenetén, 2. csatornán csatlakozik az 5V-os bemeneti jelhez, az 1-es csatorna a kimenethez csatlakozik a 2-es csatorna az 5V-os bemenethez jel, az 1-es csatorna a 15V-os triggerjel kimenetére csatlakozik.

A második rész a leválasztó transzformátor áramkör, az áramkör fő funkciója: a 15 V-os triggerjel, amelyet 12 V-os triggerjellé alakítanak át a tirisztor vezetésének hátoldalának kiváltására, valamint a 15 V-os triggerjel és a hátulsó távolság megtételére. színpadon.

Az áramkör működési elve: mivel azMOSFETAz IRF640 meghajtó feszültsége 15 V, így mindenekelőtt a J1-ben 15 V négyszögjelhez kell hozzáférni, az 1N4746 szabályozóhoz csatlakoztatott R4 ellenálláson keresztül, hogy a triggerfeszültség stabil legyen, de azt is, hogy a kioldó feszültség ne legyen túl magas , égett MOSFET, majd a MOSFET IRF640-re (valójában ez egy kapcsolócső, a nyílás hátsó végének vezérlése és zárás A be- és kikapcsolás hátulsó végét szabályozza, a meghajtó jel munkaciklusának vezérlése után, hogy a MOSFET be- és kikapcsolási idejét szabályozni lehessen. Amikor a MOSFET nyitva van, egyenértékű a D-pólusú testével, kikapcsolva, ha nyitott, a 24 V-nak megfelelő háttéráramkör után. . A transzformátor jobb vége egy egyenirányító hídra van kötve, majd a 12 V-os jel az X1 csatlakozón keresztül érkezik.

A kísérlet során felmerült problémák

Először is az áram bekapcsolásakor hirtelen kiolvadt a biztosíték, majd később az áramkör ellenőrzésekor kiderült, hogy a kezdeti áramköri kialakítással van probléma. Kezdetben a kapcsolócsöves kimenet hatásának javítása érdekében felfüggesztésre kerül a 24V-os földelés és a 15V-os földelválasztás, amely a MOSFET kapu G pólusát az S pólus hátuljával egyenértékűvé teszi, ami téves triggerelést eredményez. A kezelés a 24 V-os és a 15 V-os földelés összekapcsolása, és a kísérlet leállítása érdekében az áramkör normálisan működik. Az áramköri csatlakozás normális, de ha részt vesz a meghajtó jelben, a MOSFET hőben, plusz a meghajtó jelben egy ideig, a biztosíték kiolvad, majd hozzáadva a meghajtó jelet, a biztosíték közvetlenül kiolvad. Ellenőrizze az áramkört, és azt találta, hogy a meghajtó jelének magas szintű munkaciklusa túl nagy, ezért a MOSFET bekapcsolási ideje túl hosszú. Ennek az áramkörnek a kialakítása azt eredményezi, hogy amikor a MOSFET nyit, 24 V közvetlenül a MOSFET végeihez kerül, és nem ad hozzá áramkorlátozó ellenállást, ha a bekapcsolási idő túl hosszú ahhoz, hogy az áram túl nagy legyen, MOSFET károsodást okoz, a jel terhelhetőségének szabályozásának szükségessége nem lehet túl nagy, általában 10% és 20% között van.

2.3 A meghajtó áramkör ellenőrzése

A meghajtó áramkör megvalósíthatóságának ellenőrzése érdekében ezzel meghajtjuk az egymással sorba kapcsolt tirisztor áramkört, a tirisztort egymással sorba, majd anti-párhuzamosan, az induktív reaktanciájú áramkörhöz való hozzáférést, a tápegységet. 380V AC feszültségforrás.

A MOSFET ebben az áramkörben a Q2, Q8 tirisztor jel a G11 és G12 hozzáférésen keresztül, míg a Q5, Q11 triggerjel a G21, G22 hozzáférésen keresztül történik. Mielőtt a meghajtó jel a tirisztor kapu szintjére kerülne, a tirisztor interferencia-gátló képességének javítása érdekében a tirisztor kapuját ellenállásra és kondenzátorra kell csatlakoztatni. Ez az áramkör csatlakozik az induktorhoz, majd a fő áramkörbe. A tirisztor vezetési szögének szabályozása után a nagy induktort a főáramköri időbe, a felső és alsó áramkört a triggerjel fázisszögének vezérlése után fél ciklusnyi különbséggel, a felső G11 és G12 triggerjel mindvégig a leválasztó transzformátor elülső fokozatának meghajtó áramkörén keresztül el van választva egymástól, az alsó G21 és G22 is ugyanúgy le van választva a jeltől. A két triggerjel kiváltja az anti-párhuzamos tirisztor áramkör pozitív és negatív vezetést, az 1 csatorna felett a teljes tirisztor áramköri feszültségre, a tirisztor vezetésnél 0 lesz, és a 2, 3 csatornát a tirisztor áramkörre kötik fel és le. a közúti trigger jeleket, a 4 csatornát a teljes tirisztoráram áramlása méri.

2 csatornás mért pozitív triggerjel, a tirisztor vezetése felett triggerelve, az áram pozitív; 3 csatornás mért fordított trigger jel, kiváltja a tirisztor alsó áramkörét, az áram negatív.

3. A szeminárium IGBT meghajtó áramköre Az IGBT meghajtó áramkörnek számos különleges kérése van, összefoglalva:

(1) hajtsa meg a feszültségimpulzus emelkedésének és csökkenésének sebességét kellően nagynak kell lennie. Az igbt bekapcsoláskor a meredek kapu feszültségének elülső éle hozzáadódik a G kapuhoz és az E emitterhez a kapu között, így gyorsan bekapcsol, hogy elérje a legrövidebb bekapcsolási időt a bekapcsolási veszteségek csökkentése érdekében. Az IGBT leállítás során a kapumeghajtó áramkörnek biztosítania kell az IGBT leszállási élének nagyon meredek leállási feszültségét, valamint az IGBT G kapuhoz és az E emitterhez a megfelelő fordított előfeszítési feszültséget, hogy az IGBT gyors leállítása lerövidítse a leállási időt, csökkentse a leállási veszteség.

(2) Az IGBT vezetés után a gate meghajtó áramkör által biztosított meghajtó feszültségnek és áramnak elegendő amplitúdójúnak kell lennie az IGBT meghajtó feszültségéhez és áramához, hogy az IGBT kimeneti teljesítménye mindig telített állapotban legyen. Átmeneti túlterhelés esetén a kapumeghajtó áramkör által biztosított hajtóerőnek elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy az IGBT ne lépjen ki a telítési tartományból és ne sérüljön meg.

(3) Az IGBT kapumeghajtó áramkörnek biztosítania kell az IGBT pozitív meghajtófeszültséget a megfelelő érték felvételéhez, különösen az IGBT-ben használt berendezés rövidzárlatos működési folyamatában, a pozitív meghajtófeszültséget a minimálisan szükséges értékre kell kiválasztani. Az IGBT kapufeszültségének kapcsolási alkalmazása a legjobb esetben 10V ~ 15V legyen.

(4) Az IGBT leállítási folyamata, a kapu - emitter között alkalmazott negatív előfeszítő feszültség elősegíti az IGBT gyors leállítását, de nem szabad túl nagyra venni, a szokásos -2V-tól -10V-ig.

(5) nagy induktív terhelések esetén a túl gyors kapcsolás káros, a nagy induktív terhelések az IGBT gyors be- és kikapcsolása esetén nagyfrekvenciás és nagy amplitúdójú, és szűk Ldi / dt tüskefeszültséget eredményeznek. , a tüske nem könnyen felszívódik, könnyen kialakul a készülék sérülése.

(6) Mivel az IGBT-t nagyfeszültségű helyeken használják, ezért a meghajtó áramkörnek a teljes vezérlőáramkörrel együtt kell lennie a súlyos szigetelés lehetőségében, a nagy sebességű optikai csatolás leválasztása vagy a transzformátor csatolás leválasztása esetén.

Meghajtó áramkör állapota

Az integrált technológia fejlődésével a jelenlegi IGBT kapumeghajtó áramkört többnyire integrált chipek vezérlik. A vezérlési mód továbbra is alapvetően háromféle:

(1) közvetlen triggerelés, nincs elektromos leválasztás a bemeneti és kimeneti jelek között.

(2) transzformátor leválasztó hajtás a bemeneti és kimeneti jelek között impulzus transzformátor leválasztással, leválasztási feszültség szintje 4000 V-ig.

A következő 3 megközelítés létezik

Passzív megközelítés: a szekunder transzformátor kimenete az IGBT közvetlen meghajtására szolgál, a volt-másodperc kiegyenlítés korlátai miatt csak olyan helyeken alkalmazható, ahol a munkaciklus nem sokat változik.

Aktív módszer: a transzformátor csak izolált jeleket ad, a másodlagos műanyag erősítő áramkörben az IGBT meghajtására, a meghajtó hullámforma jobb, de külön kiegészítő tápellátást kell biztosítani.

Önellátási módszer: az impulzustranszformátort mind a meghajtási energia, mind a logikai jelek átvitelére szolgáló nagyfrekvenciás modulációs és demodulációs technológia továbbítására használják, modulációs típusú önellátási megközelítésre és időmegosztásos technológiai önellátásra osztva, amelyben a moduláció -típusú önellátó tápellátás az egyenirányító hídhoz a szükséges tápegység előállításához, nagyfrekvenciás modulációs és demodulációs technológia a logikai jelek továbbításához.

3. A tirisztor és az IGBT meghajtó érintkezése és különbsége

A tirisztor és az IGBT meghajtó áramköre különbséget mutat a hasonló központ között. Mindenekelőtt a két meghajtó áramkörnek el kell választania egymástól a kapcsolókészüléket és a vezérlő áramkört, így elkerülhető, hogy a nagyfeszültségű áramkörök hatással legyenek a vezérlőáramkörre. Ezután mindkettő a kapu meghajtó jelére kerül a kapcsolókészülék bekapcsolásához. A különbség az, hogy a tirisztoros hajtás áramjelet igényel, míg az IGBT feszültségjelet. A kapcsolókészülék vezetése után a tirisztor kapuja elvesztette az irányítást a tirisztor használata felett, ha le akarja kapcsolni a tirisztort, a tirisztor kivezetéseit hozzá kell adni a fordított feszültséghez; és az IGBT leállítást csak a negatív meghajtó feszültség kapujához kell hozzáadni az IGBT leállításához.

4. Következtetés

Ez a cikk a narratíva két részre oszlik, a tirisztoros meghajtó áramkör első része a narratíva leállítására irányuló kérés, a megfelelő meghajtó áramkör tervezése, és az áramkör kialakítását a gyakorlati tirisztoráramkörre alkalmazzák szimuláción keresztül. és kísérletezés a meghajtó áramkör megvalósíthatóságának bizonyítására, a problémák elemzése során felmerült kísérleti folyamat leállítása és kezelése. Az IGBT-ről szóló fő vita második része a meghajtó áramkör kérésére, és ennek alapján a jelenlegi általánosan használt IGBT meghajtó áramkör, valamint a fő optocsatoló leválasztó meghajtó áramkör további bemutatása a szimuláció és a kísérlet leállítására, bizonyítandó a a meghajtó áramkör megvalósíthatósága.