Каков принцип схемы управления мощным МОП-транзистором?

Один и тот же мощный МОП-транзистор, использование разных схем управления приведет к получению разных характеристик переключения. Использование хороших характеристик схемы привода может обеспечить работу силового коммутационного устройства в относительно идеальном коммутационном состоянии, при этом сокращая время переключения, уменьшая потери на переключение, большое значение имеет установка эффективности работы, надежности и безопасности. Таким образом, преимущества и недостатки схемы управления напрямую влияют на производительность основной схемы, поэтому рационализация конструкции схемы управления становится все более важной. Тиристор небольшого размера, небольшого веса, высокой эффективности, длительного срока службы, прост в использовании, может легко остановить выпрямитель и инвертор и не может изменить структуру схемы при изменении размера тока выпрямителя или инвертора. IGBT представляет собой композитный материал. устройствоМОП-транзистори GTR, который обладает характеристиками быстрой скорости переключения, хорошей термостабильностью, небольшой мощностью возбуждения и простой схемой привода, а также имеет такие преимущества, как небольшое падение напряжения во включенном состоянии, высокое выдерживаемое напряжение и высокий ток приема. IGBT как основное устройство вывода мощности, особенно в местах с высокой мощностью, широко используется в различных категориях.

Идеальная схема управления для мощных переключающих устройств MOSFET должна отвечать следующим требованиям:

(1) Когда лампа переключения мощности включена, схема управления может обеспечивать быстрорастущий базовый ток, так что при включении имеется достаточная мощность управления, тем самым уменьшая потери при включении.

(2) Во время проводимости переключающей трубки базовый ток, обеспечиваемый схемой драйвера МОП-транзистора, может гарантировать, что силовая лампа находится в состоянии насыщенной проводимости при любых условиях нагрузки, обеспечивая сравнительно низкие потери проводимости. Чтобы сократить время хранения, перед выключением устройство должно находиться в критическом состоянии насыщения.

(3) выключение, схема привода должна обеспечивать достаточный обратный базовый привод для быстрого извлечения оставшихся носителей в базовой области и сокращения времени хранения; и добавьте напряжение отсечки обратного смещения, чтобы ток коллектора быстро падал и уменьшал время приземления. Конечно, отключение тиристора по-прежнему происходит в основном за счет обратного анодного падения напряжения для завершения отключения.

В настоящее время тиристорный привод с сопоставимым количеством просто проходит через изоляцию трансформатора или оптопары, чтобы разделить конец низкого напряжения и конец высокого напряжения, а затем через схему преобразования управлять проводимостью тиристора. На IGBT в настоящее время используется больше модулей привода IGBT, а также встроенный IGBT, система самообслуживания, самодиагностики и другие функциональные модули IPM.

В этой статье для используемого тиристора разработайте экспериментальную схему управления и остановите реальные испытания, чтобы доказать, что она может управлять тиристором. Что касается привода IGBT, в этой статье в основном представлены текущие основные типы привода IGBT, а также соответствующие им схемы управления и наиболее часто используемый оптопарный изолирующий привод для остановки эксперимента по моделированию.

2. Исследование схемы управления тиристором. В целом условия работы тиристора следующие:

(1) тиристор принимает обратное анодное напряжение, независимо от того, какое напряжение принимает затвор, тиристор находится в выключенном состоянии.

(2) Тиристор принимает прямое анодное напряжение, только если затвор принимает положительное напряжение, тиристор включен.

(3) Тиристор в состоянии проводимости, только определенное положительное анодное напряжение, независимо от напряжения затвора, тиристор настаивает на проводимости, то есть после проводимости тиристора затвор теряется. (4) тиристор в состоянии проводимости, когда напряжение (или ток) основной цепи снижается почти до нуля, тиристор отключается. Мы выбираем тиристор TYN1025, его выдерживаемое напряжение от 600 В до 1000 В, ток до 25 А. для этого требуется напряжение управления затвором от 10 В до 20 В, ток возбуждения от 4 мА до 40 мА. и его ток обслуживания составляет 50 мА, ток двигателя — 90 мА. Амплитуда триггерного сигнала DSP или CPLD составляет 5 В. Прежде всего, до тех пор, пока амплитуда 5 В в 24 В, а затем через изолирующий трансформатор 2: 1 преобразует триггерный сигнал 24 В в триггерный сигнал 12 В, одновременно выполняя функцию изоляции верхнего и нижнего напряжения.

Экспериментальное проектирование и анализ схем

Прежде всего, схема повышения напряжения из-за схемы изолирующего трансформатора в задней части каскада.МОП-транзисторустройству необходим триггерный сигнал 15 В, поэтому необходимо сначала преобразовать триггерный сигнал по амплитуде 5 В в триггерный сигнал 15 В, через сигнал MC14504 5 В, преобразованный в сигнал 15 В, а затем через CD4050 на выходе формирования сигнала привода 15 В, канал 2 подключен к входному сигналу 5 В, канал 1 подключен к выходу. Канал 2 подключен к входному сигналу 5 В, канал 1 подключен к выход триггерного сигнала 15 В.

Вторая часть представляет собой схему изолирующего трансформатора, основная функция схемы: триггерный сигнал 15 В, преобразованный в триггерный сигнал 12 В для запуска задней части тиристорной проводимости, а также для выполнения триггерного сигнала 15 В и расстояния между задней частью этап.

Принцип работы схемы следующий: из-заМОП-транзисторНапряжение возбуждения IRF640 составляет 15 В, поэтому, прежде всего, в J1 доступ к прямоугольному сигналу 15 В через резистор R4, подключенный к регулятору 1N4746, чтобы напряжение триггера было стабильным, но также чтобы напряжение триггера не было слишком высоким. , сгорел МОП-транзистор, а затем и МОП-транзистор IRF640 (по сути, это переключающая трубка, управление задним концом открытия и закрытия. Управление задним концом включение и выключение), после управления рабочим циклом сигнала возбуждения, чтобы иметь возможность контролировать время включения и выключения МОП-транзистора. Когда МОП-транзистор открыт, что эквивалентно его заземлению D-полюса, выключается, когда он открыт, после того, как внутренняя цепь эквивалентна 24 В. И трансформатор проходит через изменение напряжения, чтобы сделать правый конец выходного сигнала 12 В. . Правый конец трансформатора подключается к выпрямительному мосту, после чего сигнал 12 В выводится из разъема Х1.

Проблемы, возникшие в ходе эксперимента

Первым делом при включении питания внезапно перегорел предохранитель, а позже при проверке схемы выяснилось, что возникла проблема с исходной схемой. Первоначально, чтобы улучшить эффект от выхода переключающей трубки, разделение земли 24 В и земли 15 В, что делает полюс G затвора МОП-транзистора эквивалентным задней части полюса S, подвешивается, что приводит к ложному срабатыванию. Лечение заключается в том, чтобы соединить вместе массу 24В и 15В и снова прекратить эксперимент, схема работает нормально. Соединение цепи нормальное, но при участии в сигнале привода, MOSFET нагревается, плюс сигнал привода в течение определенного периода времени, предохранитель перегорает, а затем добавляется сигнал привода, предохранитель непосредственно перегорает. Проверка схемы обнаружила, что рабочий цикл высокого уровня сигнала возбуждения слишком велик, в результате чего время включения MOSFET слишком велико. Конструкция этой схемы предусматривает, что когда МОП-транзистор открыт, 24 В добавляется непосредственно к концам МОП-транзистора и не добавляется токоограничивающий резистор, если время включения слишком велико, чтобы ток был слишком большим, повреждается МОП-транзистор, необходимость регулирования рабочего цикла сигнала не может быть слишком большой, обычно от 10% до 20% или около того.

2.3 Проверка схемы привода

Чтобы проверить работоспособность схемы управления, мы используем ее для управления тиристорной цепью, включенной последовательно друг с другом, тиристорами последовательно друг с другом, а затем встречно-параллельно, доступом к цепи с индуктивным реактивным сопротивлением, источником питания является источником напряжения переменного тока 380 В.

МОП-транзистор в этой схеме триггерный сигнал тиристора Q2, Q8 поступает через доступ G11 и G12, а сигнал запуска Q5, Q11 — через доступ G21, G22. Прежде чем сигнал управления поступит на уровень затвора тиристора, чтобы улучшить помехоустойчивость тиристора, затвор тиристора подключается к резистору и конденсатору. Эта цепь подключается к индуктору, а затем включается в основную цепь. После управления углом проводимости тиристора для управления большим индуктором во время основной цепи, верхняя и нижняя цепи фазового угла разницы в сигнале триггера составляют полпериода, верхние G11 и G12 являются сигналом триггера на всем пути. через цепь управления переднего каскада изолирующего трансформатора изолируются друг от друга, нижние G21 и G22 также изолируются от такого же сигнала. Два триггерных сигнала запускают встречно-параллельную положительную и отрицательную проводимость тиристорной цепи, канал выше 1 подключен ко всему напряжению цепи тиристора, при проводимости тиристора он становится 0, а каналы 2, 3 подключены к цепи тиристора вверх и вниз. дорожные триггерные сигналы, по 4-му каналу измеряется протекание всего тока тиристора.

2-й канал измеряет положительный триггерный сигнал, срабатывает выше проводимости тиристора, ток положительный; По 3 каналу измеряется обратный триггерный сигнал, запускающий нижнюю цепь проводимости тиристора, ток отрицательный.

3. Схема привода IGBT семинара Схема привода IGBT имеет множество особых запросов, вкратце:

(1) привод, скорость нарастания и спада импульса напряжения должна быть достаточно большой. IGBT включается, передний фронт крутого напряжения на затворе добавляется к затвору G и эмиттеру E между затвором, так что он быстро включается и достигает кратчайшего времени включения, чтобы уменьшить потери при включении. При выключении IGBT схема управления затвором должна обеспечивать очень крутое напряжение отключения на посадочном фронте IGBT, а на затворе IGBT G и эмиттере E между соответствующим напряжением обратного смещения, чтобы быстрое выключение IGBT сокращало время выключения, уменьшало потери при отключении.

(2) После проведения IGBT напряжение и ток возбуждения, обеспечиваемые схемой управления затвором, должны иметь достаточную амплитуду для напряжения и тока возбуждения IGBT, чтобы выходная мощность IGBT всегда находилась в состоянии насыщения. При переходной перегрузке мощность возбуждения, обеспечиваемая схемой управления затвором, должна быть достаточной, чтобы гарантировать, что IGBT не выйдет из области насыщения и не повредится.

(3) Схема управления затвором IGBT должна обеспечивать положительное напряжение возбуждения IGBT, чтобы принять соответствующее значение, особенно в процессе работы оборудования, используемого в IGBT, при коротком замыкании, положительное напряжение возбуждения должно быть выбрано до минимально необходимого значения. В лучшем случае коммутационное напряжение затвора IGBT должно составлять 10–15 В.

(4) Процесс отключения IGBT: отрицательное напряжение смещения, приложенное между затвором и эмиттером, способствует быстрому отключению IGBT, но его не следует принимать слишком большим, обычно требуется от -2 В до -10 В.

(5) в случае больших индуктивных нагрузок слишком быстрое переключение вредно, большие индуктивные нагрузки при быстром включении и выключении IGBT будут вызывать высокую частоту, большую амплитуду и узкую ширину пикового напряжения Ldi / dt. , шип нелегко поглотить, легко повредить устройство.

(6) Поскольку IGBT используется в местах с высоким напряжением, цепь управления должна быть со всей цепью управления в потенциально жесткой изоляции, обычном использовании высокоскоростной оптической изоляции или изоляции трансформаторной связи.

Состояние цепи привода

С развитием интегрированных технологий нынешняя схема управления затвором IGBT в основном контролируется интегрированными микросхемами. Режим управления по-прежнему в основном трех видов:

(1) тип прямого запуска, без электрической изоляции между входным и выходным сигналами.

(2) трансформаторная изоляция между входными и выходными сигналами с использованием импульсной трансформаторной изоляции, уровень напряжения изоляции до 4000 В.

Есть 3 подхода следующим образом:

Пассивный подход: выход вторичного трансформатора используется для непосредственного управления IGBT, из-за ограничений вольт-секундного выравнивания он применим только в тех местах, где рабочий цикл не сильно меняется.

Активный метод: трансформатор обеспечивает только изолированные сигналы, во вторичной пластиковой схеме усилителя для управления IGBT форма сигнала лучше, но необходимо обеспечить отдельную вспомогательную мощность.

Метод самопитания: импульсный трансформатор используется для передачи как энергии привода, так и высокочастотной модуляции и технологии демодуляции для передачи логических сигналов, разделенных на самопитание с модуляционным типом и самоснабжение с технологией разделения времени, при котором модуляция -тип самостоятельного питания выпрямительного моста для генерации необходимого источника питания, высокочастотной модуляции и технологии демодуляции для передачи логических сигналов.

3. Контакт и разница между тиристором и IGBT-приводом

Схема управления тиристором и IGBT имеет разницу между одинаковым центром. Прежде всего, две цепи управления должны изолировать коммутационное устройство и схему управления друг от друга, чтобы избежать влияния цепей высокого напряжения на схему управления. Затем оба сигнала подаются на сигнал управления затвором, чтобы включить переключающее устройство. Разница в том, что для тиристорного привода требуется сигнал тока, а для IGBT — сигнал напряжения. После проведения коммутационного устройства затвор тиристора потерял контроль над использованием тиристора, если вы хотите отключить тиристор, на клеммы тиристора следует добавить обратное напряжение; и отключение IGBT необходимо добавить только к затвору отрицательного управляющего напряжения, чтобы отключить IGBT.

4. Заключение

Эта статья в основном разделена на две части повествования: первая часть запроса схемы управления тиристором для остановки повествования, конструкция соответствующей схемы управления, а конструкция схемы применяется к практической схеме тиристора посредством моделирования. и экспериментирование, чтобы доказать осуществимость схемы привода, экспериментальный процесс, возникший при анализе проблем, был остановлен и решен. Вторая часть основного обсуждения IGBT по запросу схемы управления и на этой основе для дальнейшего представления текущей широко используемой схемы управления IGBT и основной схемы управления изоляцией оптопары, чтобы остановить моделирование и эксперимент, чтобы доказать осуществимость схемы привода.