Yüksek güçlü bir MOSFET'in sürücü devresinin prensibi nedir?

Aynı yüksek güçlü MOSFET, farklı sürücü devrelerinin kullanılmasıyla farklı anahtarlama özelliklerine sahip olacaktır. Sürücü devresinin iyi performansının kullanılması, güç anahtarlama cihazının nispeten ideal bir anahtarlama durumunda çalışmasını sağlayabilir, aynı zamanda anahtarlama süresini kısaltır, anahtarlama kayıplarını azaltır, çalışma verimliliğinin kurulumu, güvenilirliği ve güvenliği büyük önem taşır. Bu nedenle sürücü devresinin avantajları ve dezavantajları ana devrenin performansını doğrudan etkilemekte, sürücü devresi tasarımının rasyonelleştirilmesi giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Tristör küçük boyutlu, hafif, yüksek verimli, uzun ömürlü, kullanımı kolay, doğrultucuyu ve invertörü kolayca durdurabilir ve doğrultucunun veya invertör akımının boyutunu değiştirme öncülü altında devre yapısını değiştiremez. IGBT bir kompozittir cihazıMOSFETve hızlı anahtarlama hızı, iyi termal kararlılık, küçük sürüş gücü ve basit sürüş devresi özelliklerine sahip olan ve küçük durum voltaj düşüşü, yüksek dayanım voltajı ve yüksek kabul akımı avantajlarına sahip olan GTR. Özellikle yüksek güçlü yerlerde ana akım güç çıkış cihazı olarak IGBT, çeşitli kategorilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yüksek güçlü MOSFET anahtarlama cihazları için ideal sürüş devresi aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:

(1) Güç anahtarlama tüpü açıldığında, sürüş devresi hızla yükselen bir temel akım sağlayabilir, böylece açıldığında yeterli sürüş gücü olur ve böylece açma kaybı azalır.

(2) Anahtarlama tüpü iletimi sırasında, MOSFET sürücü devresi tarafından sağlanan temel akım, güç tüpünün herhangi bir yük koşulu altında doymuş iletim durumunda olmasını sağlayarak nispeten düşük iletim kaybı sağlar. Depolama süresini azaltmak için cihazın kapanmadan önce kritik doyum durumunda olması gerekir.

(3) kapatma, depolama süresini azaltmak için sürücü devresi, taban bölgesinde kalan taşıyıcıları hızlı bir şekilde dışarı çekmek için yeterli ters taban sürücüsü sağlamalıdır; ve iniş süresini azaltmak için kollektör akımının hızla düşmesi için ters öngerilim kesme voltajı ekleyin. Tabii ki, tristörün kapatılması hala esas olarak kapatmayı tamamlamak için ters anot voltajı düşüşüyle ​​gerçekleşiyor.

Şu anda, tristör, alçak gerilim ucunu ve yüksek gerilim ucunu ayırmak için transformatör veya optokuplör izolasyonu üzerinden karşılaştırılabilir sayıda ve daha sonra tristör iletimini tahrik etmek için dönüşüm devresi aracılığıyla çalıştırılır. IGBT'de daha fazla IGBT sürücü modülünün mevcut kullanımı için, aynı zamanda IGBT, sistem kendi kendine bakım, kendi kendine teşhis ve IPM'nin diğer işlevsel modülleri de entegre edilmiştir.

Bu yazıda, kullandığımız tristör için deneysel sürücü devresi tasarlıyoruz ve gerçek testi durdurarak tristörü çalıştırabildiğini kanıtlıyoruz. IGBT sürücüsüne gelince, bu makale temel olarak mevcut ana IGBT sürücü türlerinin yanı sıra bunlara karşılık gelen sürücü devrelerini ve simülasyon deneyini durdurmak için en yaygın kullanılan optokuplör izolasyon sürücüsünü tanıtmaktadır.

2. Tristör tahrik devresi çalışması genel olarak tristörün çalışma koşulları şunlardır:

(1) Tristör ters anot voltajını kabul eder, kapının ne tür voltajı kabul ettiğine bakılmaksızın tristör kapalı durumdadır.

(2) Tristör, yalnızca kapının tristörün açık olduğu pozitif voltajı kabul etmesi durumunda ileri anot voltajını kabul eder.

(3) İletim durumunda tristör, kapı voltajından bağımsız olarak sadece belirli bir pozitif anot voltajı, tristör iletimde ısrar etti, yani tristör iletiminden sonra kapı kaybolur. (4) iletim durumundaki tristör, ana devre voltajı (veya akımı) sıfıra yakın bir değere düştüğünde, tristör kapanır. Tristörün TYN1025 olduğunu seçiyoruz, dayanım voltajı 600V ila 1000V, akım 25A'ya kadar. geçit sürücü voltajının 10V ila 20V, sürücü akımının 4mA ila 40mA olmasını gerektirir. ve bakım akımı 50mA, motor akımı 90mA'dir. DSP veya CPLD, sinyal genliğini 5V'a kadar tetikler. Her şeyden önce, 5V'nin genliği 24V'a kadar ve daha sonra 2:1 izolasyon transformatörü aracılığıyla 24V tetikleme sinyalini 12V tetikleme sinyaline dönüştürürken üst ve alt voltaj izolasyonunun işlevi tamamlanır.

Deneysel devre tasarımı ve analizi

Öncelikle boost devresi, arka kademede bulunan izolasyon trafo devresi nedeniyleMOSFETCihaz 15V tetikleme sinyaline ihtiyaç duyar, bu nedenle ilk önce 5V tetikleme sinyalini MC14504 5V sinyali aracılığıyla 15V tetikleme sinyaline dönüştürme, 15V sinyale dönüştürme ve ardından 15V sürücü sinyali şekillendirme çıkışındaki CD4050 aracılığıyla kanal 2'ye ihtiyaç vardır. 5V giriş sinyaline bağlanır, kanal 1 çıkışa bağlanır Kanal 2, 5V giriş sinyaline bağlanır, kanal 1 çıkışa bağlanır 15V tetikleme sinyalinin çıkışı.

İkinci kısım izolasyon transformatör devresidir, devrenin ana işlevi: 15V tetikleme sinyali, tristör iletiminin arkasını tetiklemek ve 15V tetikleme sinyali ile arka kısım arasındaki mesafeyi yapmak için 12V tetikleme sinyaline dönüştürülür. sahne.

Devrenin çalışma prensibi şu şekildedir:MOSFETIRF640 15V sürücü voltajı, yani her şeyden önce J1'de 1N4746 regülatörüne bağlı direnç R4 aracılığıyla 15V kare dalga sinyaline erişim, böylece tetik voltajı stabil olur, aynı zamanda tetik voltajının çok yüksek olmamasını sağlar , MOSFET'i yaktı ve ardından MOSFET IRF640'a (aslında bu bir anahtarlama tüpüdür, açma ve kapamanın arka ucunun kontrolü. Açmanın arka ucunu kontrol edin) MOSFET'in açılma ve kapanma zamanını kontrol edebilmek için sürücü sinyalinin görev döngüsünü kontrol ettikten sonra. MOSFET açıkken, D-kutup topraklamasına eşdeğer, açıkken kapalı, arka uç devresi 24 V'a eşdeğer olduktan sonra. Ve transformatör, 12 V çıkış sinyalinin sağ ucunu yapmak için voltaj değişiminden geçer. . Transformatörün sağ ucu bir doğrultucu köprüsüne bağlanır ve ardından X1 konnektöründen 12V sinyal çıkışı sağlanır.

Deney sırasında karşılaşılan sorunlar

Öncelikle elektrik açıldığında sigorta aniden patladı ve daha sonra devre kontrol edilirken ilk devre tasarımında sorun olduğu tespit edildi. Başlangıçta, anahtarlama tüpü çıkışının etkisini daha iyi hale getirmek için, MOSFET'in kapısının G kutbunu S kutbunun arkasına eşdeğer kılan 24V toprak ve 15V toprak ayrımı askıya alınır ve bu da yanlış tetiklemeye neden olur. Tedavi, 24V ve 15V topraklarını birbirine bağlamaktır ve deneyi durdurmak için tekrar devre normal şekilde çalışır. Devre bağlantısı normaldir, ancak sürücü sinyaline, MOSFET ısısına ve sürücü sinyaline bir süre katıldığında sigorta atmış ve ardından sürücü sinyalini eklediğinde sigorta doğrudan atmış. Devreyi kontrol edin, sürücü sinyalinin yüksek seviyeli görev döngüsünün çok büyük olduğunu, bunun da MOSFET'in açılma süresinin çok uzun olmasına neden olduğunu tespit edin. Bu devrenin tasarımı, MOSFET açıldığında, MOSFET'in uçlarına doğrudan 24V eklenmesini ve akım sınırlayıcı bir direnç eklememesini sağlar, eğer açık kalma süresi çok uzunsa, akımın çok büyük olması, MOSFET'in zarar görmesi, sinyalin görev döngüsünü düzenleme ihtiyacı çok büyük olamaz, genellikle %10 ila %20 civarında olabilir.

2.3 Sürücü devresinin doğrulanması

Sürücü devresinin fizibilitesini doğrulamak için, bunu birbirine seri bağlı tristör devresini, tristörü birbiriyle seri ve ardından anti-paralel olarak sürmek, endüktif reaktanslı devreye erişim, güç kaynağı için kullanıyoruz 380V AC voltaj kaynağıdır.

Bu devrede MOSFET, Q2, Q8 tristör sinyalini G11 ve G12 erişimi üzerinden tetiklerken, Q5, Q11 sinyalini G21, G22 erişimi üzerinden tetikler. Tristör kapısı seviyesine tahrik sinyali alınmadan önce, tristörün parazit önleme yeteneğini geliştirmek için tristörün kapısı bir direnç ve kapasitöre bağlanır. Bu devre indüktöre bağlanır ve daha sonra ana devreye konur. Büyük indüktörü ana devre süresine kontrol etmek için tristörün iletim açısını kontrol ettikten sonra, yarım döngü tetikleme sinyali farkının faz açısının üst ve alt devreleri, üst G11 ve G12 bir tetikleme sinyalidir tüm yol İzolasyon transformatörünün ön kademesi sürücü devresi üzerinden birbirinden izole edilir, alt G21 ve G22'den gelen sinyaller de aynı şekilde izole edilir. İki tetikleme sinyali anti-paralel tristör devresini pozitif ve negatif iletimi tetikler, 1 kanalın üstünde tüm tristör devre voltajına bağlanır, tristör iletiminde 0 olur ve 2, 3 kanal tristör devresine yukarı ve aşağı bağlanır yol tetikleme sinyalleri, 4 kanaldaki tüm tristör akımının akışıyla ölçülür.

2 kanal, tristör iletiminin üzerinde tetiklenen pozitif bir tetikleme sinyali ölçtü, akım pozitif; 3 kanal, tristör iletiminin alt devresini tetikleyen ters tetikleme sinyalini ölçtü, akım negatif.

3.Seminer IGBT sürücü devresinin IGBT sürücü devresinin birçok özel isteği vardır, özetlenmiştir:

(1) sürücü voltaj darbesinin yükselme ve düşme hızı yeterince büyük olmalıdır. igbt açıldığında, dik kapı voltajının ön kenarı kapı G'ye ve kapı arasındaki verici E'ye eklenir, böylece açılma kayıplarını azaltmak için en kısa açılma süresine ulaşmak üzere hızla açılır. IGBT kapatmada, kapı tahrik devresi, IGBT iniş kenarının çok dik kapatma voltajını sağlamalı ve IGBT kapısı G ile verici E arasında uygun ters ön gerilim voltajı sağlamalıdır, böylece IGBT hızlı kapanma, kapatma süresini kısaltmalı, azaltmalı kapatma kaybı.

(2) IGBT iletiminden sonra, kapı sürücü devresi tarafından sağlanan sürücü voltajı ve akımı, IGBT sürücü voltajı ve akımı için yeterli genlikte olmalıdır, böylece IGBT'nin güç çıkışı her zaman doymuş bir durumdadır. Geçici aşırı yük, kapı sürücü devresi tarafından sağlanan tahrik gücünün, IGBT'nin doyma bölgesinden çıkıp hasar vermemesini sağlayacak kadar yeterli olması gerekir.

(3) IGBT geçit sürücü devresi, IGBT pozitif sürücü voltajının uygun değeri almasını sağlamalı, özellikle IGBT'de kullanılan ekipmanların kısa devre çalışma sürecinde, pozitif sürücü voltajı gereken minimum değere seçilmelidir. IGBT'nin geçit voltajının anahtarlama uygulaması en iyi şekilde 10V ~ 15V olmalıdır.

(4) IGBT kapatma işlemi, kapı - verici arasında uygulanan negatif öngerilim voltajı IGBT'nin hızlı kapanmasına yardımcı olur, ancak çok büyük alınmamalıdır, sıradan -2V ile -10V arası alınır.

(5) Büyük endüktif yükler söz konusu olduğunda, çok hızlı anahtarlama zararlıdır, IGBT'nin hızlı açılıp kapanmasındaki büyük endüktif yükler, yüksek frekanslı ve yüksek genlikli ve Ldi / dt ani gerilimin dar genişliğini üretecektir , başak absorbe etmek kolay değildir, cihaz hasarı oluşturmak kolaydır.

(6) IGBT yüksek voltajlı yerlerde kullanıldığından, sürücü devresi tüm kontrol devresi ile ciddi izolasyon potansiyeline sahip olmalı, yüksek hızlı optik kuplaj izolasyonunun veya transformatör kuplaj izolasyonunun sıradan kullanımı olmalıdır.

Sürücü devresi durumu

Entegre teknolojinin gelişmesiyle birlikte mevcut IGBT geçit sürücü devresi çoğunlukla entegre çipler tarafından kontrol edilmektedir. Kontrol modu hala esas olarak üç çeşittir:

(1) doğrudan tetikleme tipinde giriş ve çıkış sinyalleri arasında elektriksel izolasyon yoktur.

(2) darbe transformatörü izolasyonu kullanılarak giriş ve çıkış sinyalleri arasında transformatör izolasyon sürücüsü, izolasyon voltajı seviyesi 4000V'a kadar.

Aşağıdaki gibi 3 yaklaşım vardır

Pasif yaklaşım: İkincil transformatörün çıkışı doğrudan IGBT'yi sürmek için kullanılır, volt-saniye dengelemenin sınırlamaları nedeniyle yalnızca görev döngüsünün fazla değişmediği yerler için geçerlidir.

Aktif yöntem: Transformatör yalnızca izole edilmiş sinyaller sağlar, ikincil plastik amplifikatör devresinde IGBT'yi sürmek için sürücü dalga formu daha iyidir, ancak ayrı bir yardımcı güç sağlanması gerekir.

Kendi kendine besleme yöntemi: darbe transformatörü, hem sürücü enerjisini hem de yüksek frekanslı modülasyonu ve mantık sinyallerinin iletimi için demodülasyon teknolojisini iletmek için kullanılır; modülasyon tipi kendi kendine besleme yaklaşımı ve zaman paylaşımlı teknoloji kendi kendine besleme olarak ikiye ayrılır; modülasyon Gerekli güç kaynağını oluşturmak için doğrultucu köprüsüne kendi kendine güç sağlayan tipte mantık sinyalleri iletmek için yüksek frekanslı modülasyon ve demodülasyon teknolojisi.

3. Tristör ile IGBT sürücüsü arasındaki temas ve fark

Tristör ve IGBT sürücü devreleri arasında benzer merkez farkı bulunmaktadır. Her şeyden önce, yüksek gerilim devrelerinin kontrol devresini etkilemesini önlemek amacıyla, anahtarlama cihazını ve kontrol devresini birbirinden izole etmek için iki sürücü devresi gereklidir. Daha sonra her ikisi de anahtarlama cihazını tetiklemek için kapı tahrik sinyaline uygulanır. Aradaki fark, tristör sürücüsünün bir akım sinyali gerektirmesi, IGBT'nin ise bir voltaj sinyali gerektirmesidir. Anahtarlama cihazı iletiminden sonra, tristörün kapısı tristörün kullanımının kontrolünü kaybetmiştir, eğer tristörü kapatmak istiyorsanız, tristörün terminalleri ters voltaja eklenmelidir; ve IGBT kapatmanın, IGBT'yi kapatmak için yalnızca negatif sürüş voltajının kapısına eklenmesi gerekir.

4. Sonuç

Bu makale esas olarak anlatımın iki bölümüne bölünmüştür; ilk bölüm tristör tahrik devresinin anlatımı durdurma isteği, ilgili sürücü devresinin tasarımı ve devrenin tasarımı simülasyon yoluyla pratik tristör devresine uygulanmıştır. Sürücü devresinin fizibilitesini kanıtlamak için deneyler ve deneyler, deneysel süreçte karşılaşılan problemlerin analizinde durdurulur ve ele alınır. Sürücü devresinin talebi üzerine IGBT ile ilgili ana tartışmanın ikinci kısmı ve bu temelde mevcut yaygın olarak kullanılan IGBT sürücü devresini daha da tanıtmak ve simülasyonu ve deneyi durdurmak için ana optokuplör izolasyon sürücü devresini kanıtlamak. sürücü devresinin fizibilitesi.