Yuqori quvvatli MOSFET ning qo'zg'alish sxemasining printsipi nima?

Xuddi shu yuqori quvvatli MOSFET, turli qo'zg'alish davrlarini ishlatish turli xil kommutatsiya xususiyatlarini oladi. Chalg'igan pallasining yaxshi ishlashidan foydalanish quvvatni almashtirish moslamasini nisbatan ideal kommutatsiya holatida ishlashiga imkon beradi, shu bilan birga kommutatsiya vaqtini qisqartiradi, kommutatsiya yo'qotishlarini kamaytiradi, ish samaradorligini, ishonchliligini va xavfsizligini o'rnatish katta ahamiyatga ega. Shu sababli, qo'zg'alish sxemasining afzalliklari va kamchiliklari asosiy sxemaning ishlashiga bevosita ta'sir qiladi, qo'zg'alish sxemasining dizaynini ratsionalizatsiya qilish tobora muhim ahamiyatga ega. Tiristor kichik o'lchamli, engil, yuqori mahsuldorlik, uzoq umr, ishlatish uchun qulay, rektifikator va inverterni osongina to'xtata oladi va rektifikator yoki inverter oqimining o'lchamini o'zgartirish sharti ostida sxema tuzilishini o'zgartira olmaydi.IGBT kompozitdir. qurilmasiMOSFETva tez almashtirish tezligi, yaxshi termal barqarorlik, kichik haydash kuchi va oddiy qo'zg'alish davri xususiyatlariga ega bo'lgan GTR va kichik kuchlanish pasayishi, yuqori chidamli kuchlanish va yuqori qabul qilish oqimining afzalliklariga ega. IGBT asosiy quvvat chiqarish qurilmasi sifatida, ayniqsa yuqori quvvatli joylarda, turli toifalarda keng qo'llaniladi.

Yuqori quvvatli MOSFET kommutatsiya qurilmalari uchun ideal haydash sxemasi quyidagi talablarga javob berishi kerak:

(1) Quvvatni almashtirish trubkasi yoqilganda, haydash pallasi tez ko'tariladigan tayanch oqimini ta'minlashi mumkin, shuning uchun u yoqilganda etarlicha haydash kuchi bo'ladi va shu bilan yoqish yo'qotilishini kamaytiradi.

(2) Kommutatsiya trubkasi o'tkazuvchanligi paytida, MOSFET drayveri pallasida ta'minlangan asosiy oqim quvvat trubkasi har qanday yuk sharoitida to'yingan o'tkazuvchanlik holatida bo'lishini ta'minlaydi va nisbatan past o'tkazuvchanlik yo'qotilishini ta'minlaydi. Saqlash vaqtini qisqartirish uchun o'chirishdan oldin qurilma kritik to'yinganlik holatida bo'lishi kerak.

(3) o'chirish, qo'zg'aysan pallasida saqlash vaqtini qisqartirish uchun tayanch hududida qolgan tashuvchilarni tezda tortib olish uchun etarli teskari tayanch diskini ta'minlash kerak; va qo'nish vaqtini qisqartirish uchun kollektor oqimi tez tushishi uchun teskari chiziqli kesish kuchlanishini qo'shing. Albatta, tiristorning yopilishi hali ham asosan o'chirishni yakunlash uchun teskari anod kuchlanishining pasayishi hisoblanadi.

Hozirgi vaqtda tiristorlar past kuchlanishli uchini va yuqori kuchlanish uchini ajratish uchun transformator yoki optokupl izolyatsiyasi orqali, so'ngra tiristor o'tkazuvchanligini boshqarish uchun konvertatsiya davri orqali boshqariladi. IGBT-da joriy foydalanish uchun ko'proq IGBT drayv moduli, shuningdek, o'rnatilgan IGBT, tizimning o'zini o'zi saqlash, o'z-o'zini tashxislash va IPMning boshqa funktsional modullari mavjud.

Ushbu maqolada biz foydalanadigan tiristor uchun eksperimental qo'zg'alish sxemasini loyihalashtiramiz va tiristorni boshqarishi mumkinligini isbotlash uchun haqiqiy sinovni to'xtatamiz. IGBT drayviga kelsak, ushbu maqola asosan IGBT drayverining joriy asosiy turlarini, shuningdek, ularga mos keladigan qo'zg'alish davrini va simulyatsiya tajribasini to'xtatish uchun eng ko'p ishlatiladigan optokupl izolyatsiyalash drayverini taqdim etadi.

2. Tiristor qo'zg'alish sxemasini o'rganish, umuman olganda, tiristorning ish sharoitlari:

(1) tiristor teskari anod kuchlanishini qabul qiladi, eshik qanday kuchlanishni qabul qilishidan qat'i nazar, tiristor o'chirilgan holatda.

(2) Tiristor to'g'ridan-to'g'ri anod kuchlanishini qabul qiladi, faqat eshik tiristorning musbat kuchlanishini qabul qilgan taqdirdagina.

(3) O'tkazuvchanlik holatida tiristor, faqat ma'lum bir ijobiy anod kuchlanishi, eshik zo'riqishidan qat'i nazar, tiristor o'tkazuvchanlikni talab qildi, ya'ni tiristor o'tkazuvchanligidan keyin eshik yo'qoladi. (4) tiristor o'tkazuvchanlik holatida, asosiy kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish (yoki oqim) nolga yaqin bo'lganda, tiristor o'chiriladi. Biz tiristorni TYN1025 ni tanlaymiz, uning chidamliligi 600V dan 1000V gacha, oqim 25A gacha. Buning uchun darvoza qo'zg'aysan kuchlanishi 10V dan 20V gacha, haydovchi oqimi 4mA dan 40mA gacha bo'lishi kerak. va uning texnik oqimi 50mA, dvigatel oqimi 90mA. DSP yoki CPLD signal amplitudasi 5V gacha. Avvalo, 5V amplitudasi 24V ga, keyin esa 2: 1 izolyatsiya transformatori orqali 24V tetik signalini 12V tetik signaliga aylantirish uchun, yuqori va pastki kuchlanish izolyatsiyasi funktsiyasini bajargan holda.

Eksperimental sxemani loyihalash va tahlil qilish

Avvalo, orqa bosqichda izolyatsiya transformator pallasida tufayli oshirish davriMOSFETqurilma 15V tetik signaliga muhtoj, shuning uchun birinchi navbatda 5V tetik signalini 15V tetik signaliga amplituda qilish zarurati, MC14504 5V signali orqali, 15V signalga aylantiriladi va keyin CD4050 orqali 15V haydovchi signalini shakllantirish, kanal 2 5V kirish signaliga ulangan, 1-kanal chiqishga ulangan Kanal 2-ga ulangan 5V kirish signali, 1-kanal 15V tetik signalining chiqishiga ulangan.

Ikkinchi qism - izolyatsiya transformatori davri, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan asosiy vazifasi: tiristor o'tkazuvchanligining orqa qismini tetiklash uchun 12V tetik signaliga aylantirilgan 15V tetik signali va 15V tetik signalini va orqa orasidagi masofani bajarish uchun. bosqich.

Sxemaning ishlash printsipi: tufayliMOSFETIRF640 qo'zg'alish kuchlanishi 15V, shuning uchun birinchi navbatda J1 da 15V kvadrat to'lqinli signalga, R4 rezistori orqali 1N4746 regulyatoriga ulangan, tetik kuchlanishi barqaror bo'lishi uchun, shuningdek, tetik kuchlanishi juda yuqori bo'lmasligi uchun. , MOSFET-ni yoqdi, keyin esa MOSFET IRF640-ga (aslida, bu kommutatsiya trubkasi, orqa uchini boshqarish. ochish va o'chirishning orqa uchini boshqaring), haydovchi signalining ish aylanishini nazorat qilgandan so'ng, MOSFETni yoqish va o'chirish vaqtini boshqarish imkoniyatiga ega bo'lish. MOSFET ochiq bo'lsa, uning D-qutb erga ekvivalent, o'chirilgan bo'lsa, u ochiq bo'lsa, orqa-end sxemasi ekvivalent 24 V. keyin va transformator 12 V chiqish signali o'ng uchini qilish uchun kuchlanish o'zgarishi orqali. . Transformatorning o'ng uchi rektifikator ko'prigiga ulanadi, so'ngra X1 ulagichidan 12V signal chiqariladi.

Tajriba davomida duch kelgan muammolar

Avvalo, elektr quvvati yoqilganda, sug'urta to'satdan yonib ketdi, keyinroq kontaktlarning zanglashiga olib tekshirilganda, dastlabki sxema dizaynida muammo borligi aniqlandi. Dastlab, uning kommutatsiya trubkasi chiqishi ta'sirini yaxshilash uchun MOSFET eshigi G qutbini S qutbning orqa tomoniga ekvivalent qiladigan 24V tuproqli va 15V tuproqli ajratish to'xtatiladi, natijada noto'g'ri tetiklash paydo bo'ladi. Davolash 24V va 15V tuproqni bir-biriga ulashdan iborat va yana tajribani to'xtatish uchun sxema normal ishlaydi. O'chirish aloqasi normaldir, lekin qo'zg'alish signalida, MOSFET issiqligida, ortiqcha haydovchi signalida bir muncha vaqt ishtirok etganda, sug'urta yonadi va keyin haydovchi signalini qo'shing, sug'urta to'g'ridan-to'g'ri yonadi. Sxemani tekshiring, haydovchi signalining yuqori darajadagi ish aylanishi juda katta, natijada MOSFETni yoqish vaqti juda uzun. Ushbu sxemaning dizayni MOSFET ochilganda, 24V to'g'ridan-to'g'ri MOSFETning uchlariga qo'shilganda va oqim cheklovchi rezistor qo'shilmaganda, agar o'tish vaqti juda uzoq bo'lsa, oqim juda katta bo'lsa, MOSFET shikastlanishi, signalning ish aylanishini tartibga solish zarurati juda katta bo'lishi mumkin emas, odatda 10% dan 20% gacha.

2.3 Drayv sxemasini tekshirish

Qo'zg'alish sxemasining maqsadga muvofiqligini tekshirish uchun biz undan bir-biriga ketma-ket ulangan tiristor sxemasini, tiristorni bir-biriga ketma-ket va keyin antiparallel, induktiv reaktivlikka ega bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib kirish, quvvat manbai uchun foydalanamiz. 380V AC kuchlanish manbai hisoblanadi.

Ushbu sxemada MOSFET, tiristor Q2, Q8 signalini G11 va G12 kirish orqali, Q5, Q11 esa G21, G22 kirish orqali signal beradi. Haydovchi signali tiristor darvozasi darajasiga qabul qilinishidan oldin, tiristorning shovqinga qarshi qobiliyatini yaxshilash uchun tiristorning eshigi rezistor va kondansatkichga ulanadi. Ushbu sxema induktorga ulanadi va keyin asosiy sxemaga qo'yiladi. Tiristorning o'tkazuvchanlik burchagini nazorat qilgandan so'ng, katta induktorni asosiy kontaktlarning zanglashiga olib borishi, yarim tsiklning tetik signali farqining faza burchagining yuqori va pastki davrlari, yuqori G11 va G12 barcha yo'l bilan tetik signalidir. Izolyatsiya transformatorining oldingi bosqichining qo'zg'aysan pallasida bir-biridan ajratilgan, pastki G21 va G22 ham xuddi shu tarzda signaldan ajratilgan. Ikki trigger signali antiparallel tiristor zanjirining ijobiy va salbiy o'tkazuvchanligini ishga tushiradi, 1-kanaldan yuqorida butun tiristor zanjirining kuchlanishiga ulanadi, tiristor o'tkazuvchanligida u 0 ga aylanadi va 2, 3 kanal tiristor zanjiriga yuqoriga va pastga ulanadi. yo'l tetik signallari, 4-kanal butun tiristor oqimining oqimi bilan o'lchanadi.

2-kanal tiristor o'tkazuvchanligidan yuqorida qo'zg'atilgan ijobiy tetik signalini o'lchadi, oqim ijobiy; 3-kanal tiristor o'tkazuvchanligining pastki pallasida tetiklanadigan teskari tetik signalini o'lchadi, oqim salbiy.

3.Seminar IGBT qo'zg'aysan sxemasining IGBT qo'zg'aysan sxemasi ko'plab maxsus so'rovlarga ega, umumlashtirilgan:

(1) kuchlanish pulsining ko'tarilish va pasayish tezligi etarlicha katta bo'lishi kerak. igbt yoqilganda, tik darvoza kuchlanishining oldingi qirrasi eshik orasidagi G va emitent E ga qo'shiladi, shuning uchun u yo'qotishlarni kamaytirish uchun eng qisqa burilish vaqtida erishish uchun tezda yoqiladi. IGBT o'chirilganda, eshik qo'zg'aysan pallasida IGBT qo'nish chekkasi juda keskin o'chirish kuchlanishini ta'minlashi kerak va IGBT eshigi G va emitent E tegishli teskari kuchlanish o'rtasida bo'lishi kerak, shunda IGBT tez o'chiriladi, o'chirish vaqtini qisqartiradi va kamaytiradi. o'chirishni yo'qotish.

(2) IGBT o'tkazuvchanligidan so'ng, IGBT ning quvvat chiqishi har doim to'yingan holatda bo'lishi uchun eshik qo'zg'aysan pallasida taqdim etilgan qo'zg'alish kuchlanishi va oqimi IGBT qo'zg'alish kuchlanishi va oqimi uchun etarli amplituda bo'lishi kerak. Vaqtinchalik haddan tashqari yuk, eshik qo'zg'aysan pallasida taqdim etilgan haydash kuchi IGBTning to'yinganlik hududidan chiqmasligini va shikastlanishini ta'minlash uchun etarli bo'lishi kerak.

(3) IGBT eshigi qo'zg'aysan davri tegishli qiymatni olish uchun IGBT musbat qo'zg'aysan kuchlanishini ta'minlashi kerak, ayniqsa IGBTda ishlatiladigan uskunaning qisqa tutashuvi ish jarayonida, ijobiy qo'zg'alish kuchlanishi talab qilinadigan minimal qiymatga tanlanishi kerak. IGBT ning eshik kuchlanishini o'zgartirish qo'llanilishi eng yaxshisi uchun 10V ~ 15V bo'lishi kerak.

(4) IGBTni o'chirish jarayoni, darvoza - emitent o'rtasida qo'llaniladigan salbiy kuchlanish kuchlanish IGBT ni tez o'chirishga yordam beradi, lekin juda katta bo'lmasligi kerak, oddiy qabul qilish -2V dan -10V gacha.

(5) katta induktiv yuklar bo'lsa, juda tez almashtirish zararli, IGBT-dagi katta induktiv yuklarni tez yoqish va o'chirish, yuqori chastotali va yuqori amplitudali va tor kengligi Ldi / dt kuchlanish kuchlanishini keltirib chiqaradi. , boshoqni singdirish oson emas, qurilma shikastlanishini shakllantirish oson.

(6) IGBT yuqori kuchlanishli joylarda qo'llanilganligi sababli, qo'zg'alish davri butun boshqaruv pallasida qattiq izolyatsiya potentsialida bo'lishi kerak, oddiy foydalanish yuqori tezlikdagi optik ulanish izolyatsiyasi yoki transformator ulash izolyatsiyasi.

Drayv zanjirining holati

Integratsiyalashgan texnologiyaning rivojlanishi bilan joriy IGBT darvozasi haydovchi sxemasi asosan o'rnatilgan chiplar tomonidan boshqariladi. Boshqarish rejimi hali ham asosan uch xil:

(1) to'g'ridan-to'g'ri tetiklash turi kirish va chiqish signallari o'rtasida elektr izolyatsiyasi yo'q.

(2) impulsli transformator izolyatsiyasidan foydalangan holda kirish va chiqish signallari orasidagi transformator izolyatsiyasi drayveri, 4000V gacha bo'lgan izolyatsiya kuchlanish darajasi.

Quyidagi 3 ta yondashuv mavjud

Passiv yondashuv: ikkilamchi transformatorning chiqishi IGBT ni to'g'ridan-to'g'ri haydash uchun ishlatiladi, volt-soniya tenglashtirish cheklovlari tufayli u faqat ish aylanishi juda ko'p o'zgarmaydigan joylarga qo'llaniladi.

Faol usul: transformator faqat izolyatsiyalangan signallarni beradi, IGBTni boshqarish uchun ikkilamchi plastik kuchaytirgich pallasida, haydovchi to'lqin shakli yaxshiroq, lekin alohida yordamchi quvvatni ta'minlash zarurati.

O'z-o'zini ta'minlash usuli: impuls transformatori ham qo'zg'alish energiyasini, ham yuqori chastotali modulyatsiya va mantiqiy signallarni uzatish uchun demodulyatsiya texnologiyasini uzatish uchun ishlatiladi, modulyatsiya tipidagi o'z-o'zini ta'minlash yondashuviga va vaqtni taqsimlash texnologiyasiga bo'linadi, bunda modulyatsiya sodir bo'ladi. -kerakli quvvat manbai, mantiqiy signallarni uzatish uchun yuqori chastotali modulyatsiya va demodulyatsiya texnologiyasini yaratish uchun rektifikator ko'prigiga o'z-o'zidan ta'minlovchi quvvatni yozing.

3. Tiristor va IGBT drayveri o'rtasidagi aloqa va farq

Tiristor va IGBT qo'zg'aysan pallasida o'xshash markaz o'rtasida farq bor. Avvalo, ikkita qo'zg'aysan davri kommutatsiya moslamasini va boshqaruv pallasini bir-biridan izolyatsiya qilish uchun talab qilinadi, shuning uchun yuqori voltli zanjirlar boshqaruv pallasiga ta'sir qilmasligi uchun. Keyin, ikkalasi ham o'tish moslamasini ishga tushirish uchun eshik haydovchi signaliga qo'llaniladi. Farqi shundaki, tiristor haydovchisi oqim signalini talab qiladi, IGBT esa kuchlanish signalini talab qiladi. Kommutatsiya moslamasini o'tkazgandan so'ng, tiristorning eshigi tiristordan foydalanishni nazorat qilishni yo'qotdi, agar siz tiristorni o'chirmoqchi bo'lsangiz, tiristor terminallari teskari kuchlanishga qo'shilishi kerak; va IGBTni o'chirish faqat IGBTni o'chirish uchun salbiy haydash kuchlanishining eshigiga qo'shilishi kerak.

4. Xulosa

Ushbu maqola asosan hikoyaning ikki qismiga bo'lingan, tiristor qo'zg'alish davrining birinchi qismi hikoyani to'xtatish uchun so'rov, mos keladigan qo'zg'alish pallasining dizayni va sxemaning dizayni simulyatsiya orqali amaliy tiristor pallasida qo'llaniladi. va qo'zg'alish sxemasining maqsadga muvofiqligini isbotlash uchun tajriba, muammolarni tahlil qilishda duch kelgan eksperimental jarayon to'xtatildi va ko'rib chiqildi. IGBT bo'yicha asosiy munozaraning ikkinchi qismi haydovchi pallasining so'rovi bo'yicha va shu asosda joriy keng tarqalgan ishlatiladigan IGBT qo'zg'aysan pallasini va simulyatsiya va eksperimentni to'xtatish uchun asosiy optokupl izolyatsiyalash qo'zg'alish sxemasini yanada joriy etish, isbotlash uchun. qo'zg'alish sxemasining texnik imkoniyatlari.