Quin és el principi del circuit d'accionament d'un MOSFET d'alta potència?

El mateix MOSFET d'alta potència, l'ús de diferents circuits d'accionament obtindrà diferents característiques de commutació. L'ús d'un bon rendiment del circuit d'accionament pot fer que el dispositiu de commutació d'alimentació funcioni en un estat de commutació relativament ideal, alhora que escurça el temps de commutació, redueix les pèrdues de commutació, la instal·lació de l'eficiència operativa, la fiabilitat i la seguretat són de gran importància. Per tant, els avantatges i desavantatges del circuit d'accionament afecten directament el rendiment del circuit principal, la racionalització del disseny del circuit d'accionament és cada cop més important. Tiristor de mida petita, pes lleuger, alta eficiència, llarga vida útil, fàcil d'utilitzar, pot aturar fàcilment el rectificador i l'inversor, i no pot canviar l'estructura del circuit sota la premissa de canviar la mida del rectificador o el corrent del inversor. IGBT és un compost dispositiu deMOSFETi GTR, que té les característiques d'una velocitat de commutació ràpida, una bona estabilitat tèrmica, una petita potència de conducció i un circuit d'accionament senzill, i té els avantatges d'una petita caiguda de tensió a l'estat, una tensió de resistència alta i un corrent d'acceptació alta. L'IGBT com a dispositiu de sortida d'energia principal, especialment en llocs d'alta potència, s'ha utilitzat habitualment en diverses categories.

El circuit de conducció ideal per a dispositius de commutació MOSFET d'alta potència ha de complir els requisits següents:

(1) Quan el tub de commutació d'alimentació està encès, el circuit de conducció pot proporcionar un corrent de base que augmenta ràpidament, de manera que hi ha prou potència de conducció quan s'encén, reduint així la pèrdua d'encesa.

(2) Durant la conducció del tub de commutació, el corrent base proporcionat pel circuit del controlador MOSFET pot garantir que el tub d'alimentació estigui en estat de conducció saturat en qualsevol condició de càrrega, assegurant una pèrdua de conducció relativament baixa. Per reduir el temps d'emmagatzematge, el dispositiu ha d'estar en un estat de saturació crític abans d'apagar-se.

(3) apagat, el circuit d'accionament hauria de proporcionar una unitat de base inversa suficient per extreure ràpidament els transportistes restants a la regió base per reduir el temps d'emmagatzematge; i afegiu la tensió de tall de polarització inversa, de manera que el corrent del col·lector cau ràpidament per reduir el temps d'aterratge. Per descomptat, l'aturada del tiristor segueix sent principalment per la caiguda de tensió de l'ànode invers per completar l'apagada.

Actualment, el tiristor acciona amb un nombre comparable de només a través del transformador o l'aïllament optoacoblador per separar l'extrem de baixa tensió i l'extrem d'alta tensió, i després a través del circuit de conversió per conduir la conducció del tiristor. A l'IGBT per a l'ús actual de més mòduls d'accionament IGBT, però també IGBT integrat, automanteniment del sistema, autodiagnòstic i altres mòduls funcionals de l'IPM.

En aquest article, per al tiristor que utilitzem, dissenyem un circuit d'accionament experimental i aturem la prova real per demostrar que pot conduir el tiristor. Pel que fa a la unitat d'IGBT, aquest article presenta principalment els principals tipus d'accionament IGBT actuals, així com el seu circuit d'accionament corresponent i la unitat d'aïllament d'optoacoblador més utilitzada per aturar l'experiment de simulació.

2. Estudi del circuit d'accionament del tiristor en general les condicions de funcionament del tiristor són:

(1) el tiristor accepta la tensió de l'ànode invers, independentment de la porta que accepti quin tipus de tensió, el tiristor està en estat apagat.

(2) El tiristor accepta tensió d'ànode directe, només en el cas de la porta accepta una tensió positiva, el tiristor està encès.

(3) Tiristor en condicions de conducció, només una certa tensió d'ànode positiva, independentment de la tensió de la porta, el tiristor va insistir en la conducció, és a dir, després de la conducció del tiristor, la porta es perd. (4) tiristor en condicions de conducció, quan la tensió del circuit principal (o corrent) es redueix a prop de zero, el tiristor s'apaga. Triem que el tiristor és TYN1025, la seva tensió de suport és de 600V a 1000V, corrent fins a 25A. requereix que la tensió de la unitat de la porta sigui de 10 V a 20 V, el corrent de la unitat és de 4 mA a 40 mA. i el seu corrent de manteniment és de 50 mA, el corrent del motor és de 90 mA. l'amplitud del senyal d'activació DSP o CPLD fins a 5 V. En primer lloc, sempre que l'amplitud de 5V a 24V, i després a través d'un transformador d'aïllament 2:1 per convertir el senyal de disparador de 24V en un senyal de disparador de 12V, mentre es completa la funció d'aïllament de tensió superior i inferior.

Disseny i anàlisi de circuits experimentals

En primer lloc, el circuit de reforç, a causa del circuit del transformador d'aïllament a la part posterior de l'escenariMOSFETEl dispositiu necessita un senyal d'activació de 15 V, de manera que la necessitat d'ampliar primer el senyal d'activació de 5 V en un senyal d'activació de 15 V, mitjançant el senyal MC14504 de 5 V, convertit en un senyal de 15 V, i després a través del CD4050 a la sortida de la configuració del senyal de la unitat de 15 V, canal 2 està connectat al senyal d'entrada de 5 V, el canal 1 està connectat a la sortida El canal 2 està connectat al senyal d'entrada de 5 V, el canal 1 està connectat a la sortida del senyal de disparador de 15 V.

La segona part és el circuit del transformador d'aïllament, la funció principal del circuit és: el senyal de disparador de 15 V, convertit en un senyal de disparador de 12 V per activar la part posterior de la conducció del tiristor i fer el senyal de disparador de 15 V i la distància entre la part posterior. etapa.

El principi de funcionament del circuit és: a causa delMOSFETTensió d'accionament IRF640 de 15 V, de manera que, en primer lloc, en J1 accedeix al senyal d'ona quadrada de 15 V, a través de la resistència R4 connectada al regulador 1N4746, de manera que la tensió d'activació sigui estable, però també perquè la tensió d'activació no sigui massa alta , MOSFET cremat, i després al MOSFET IRF640 (de fet, aquest és un tub de commutació, el control de la part posterior de l'obertura i tancament. Controlar l'extrem posterior de l'encesa i apagat), després de controlar el cicle de treball del senyal d'accionament, per poder controlar el temps d'encesa i apagat del MOSFET. Quan el MOSFET està obert, equivalent al seu pol D, s'apaga quan està obert, després del circuit de fons equivalent a 24 V. I el transformador passa pel canvi de tensió per fer l'extrem dret del senyal de sortida de 12 V. . L'extrem dret del transformador està connectat a un pont rectificador i després el senyal de 12 V surt des del connector X1.

Problemes trobats durant l'experiment

En primer lloc, quan es va encendre l'alimentació, el fusible va explotar de sobte i, més tard, en comprovar el circuit, es va trobar que hi havia un problema amb el disseny del circuit inicial. Inicialment, per tal de millorar l'efecte de la seva sortida del tub de commutació, la separació de terra de 24 V i terra de 15 V, que fa que el pol G de la porta del MOSFET sigui equivalent a la part posterior del pol S, es suspèn, donant lloc a una activació falsa. El tractament consisteix a connectar la terra de 24V i 15V junts i, de nou, per aturar l'experiment, el circuit funciona normalment. La connexió del circuit és normal, però quan es participa en el senyal de la unitat, la calor MOSFET, més el senyal de la unitat durant un període de temps, el fusible es crema i, a continuació, afegiu el senyal de la unitat, el fusible es crema directament. Comproveu que el circuit ha trobat que el cicle de treball d'alt nivell del senyal de la unitat és massa gran, el que fa que el temps d'encesa del MOSFET sigui massa llarg. El disseny d'aquest circuit fa que quan el MOSFET s'obre, s'afegeix 24 V directament als extrems del MOSFET i no afegeix una resistència limitadora de corrent, si el temps d'encesa és massa llarg per fer que el corrent sigui massa gran, danys MOSFET, la necessitat de regular el cicle de treball del senyal no pot ser massa gran, generalment entre el 10% i el 20% més o menys.

2.3 Verificació del circuit d'accionament

Per verificar la viabilitat del circuit d'accionament, l'utilitzem per conduir el circuit del tiristor connectat en sèrie entre ells, el tiristor en sèrie entre ells i després antiparal·lel, accés al circuit amb reactància inductiva, la font d'alimentació és una font de tensió de 380 V AC.

MOSFET en aquest circuit, el tiristor Q2, el senyal d'activació Q8 a través de l'accés G11 i G12, mentre que el senyal d'activació Q5, Q11 a través de l'accés G21, G22. Abans de rebre el senyal d'accionament al nivell de la porta del tiristor, per tal de millorar la capacitat anti-interferència del tiristor, la porta del tiristor es connecta a una resistència i un condensador. Aquest circuit es connecta a l'inductor i després es posa al circuit principal. Després de controlar l'angle de conducció del tiristor per controlar l'inductor gran al temps del circuit principal, els circuits superior i inferior de l'angle de fase de la diferència de senyal de disparador de mig cicle, el G11 i el G12 superiors són un senyal d'activació fins al final. a través del circuit d'accionament de l'etapa frontal del transformador d'aïllament està aïllat entre si, el G21 i el G22 inferiors també estan aïllats de la mateixa manera que el senyal. Els dos senyals d'activació desencadenen la conducció positiva i negativa del circuit de tiristors antiparal·lel, per sobre del canal 1 està connectat a tota la tensió del circuit del tiristor, a la conducció del tiristor es converteix en 0 i el canal 2, 3 està connectat al circuit del tiristor cap amunt i cap avall els senyals d'activació de la carretera, el canal 4 es mesura pel flux de tot el corrent del tiristor.

2 canals van mesurar un senyal de disparador positiu, activat per sobre de la conducció del tiristor, el corrent és positiu; 3 canals van mesurar un senyal d'activació inversa, activant el circuit inferior de la conducció del tiristor, el corrent és negatiu.

3.El circuit d'accionament IGBT del seminari El circuit d'accionament IGBT té moltes peticions especials, resumides:

(1) impulsar la velocitat de pujada i caiguda del pols de tensió hauria de ser prou gran. Encès igbt, la vora davantera de la tensió de la porta empinada s'afegeix a la porta G i l'emissor E entre la porta, de manera que s'encén ràpidament per arribar al temps d'encesa més curt per reduir les pèrdues d'encesa. A l'aturada de l'IGBT, el circuit d'accionament de la porta hauria de proporcionar que la vora d'aterratge de l'IGBT sigui una tensió d'apagada molt pronunciada, i a la porta IGBT G i l'emissor E entre la tensió de polarització inversa adequada, de manera que l'apagada ràpida de l'IGBT, escurça el temps d'apagada, redueix la pèrdua d'apagada.

(2) Després de la conducció IGBT, la tensió i el corrent d'accionament proporcionats pel circuit d'accionament de la porta han de tenir una amplitud suficient per a la tensió i el corrent de la unitat IGBT, de manera que la potència de sortida de l'IGBT estigui sempre en estat saturat. Sobrecàrrega transitòria, la potència de conducció proporcionada pel circuit d'accionament de la porta hauria de ser suficient per garantir que l'IGBT no surti de la regió de saturació i danys.

(3) El circuit d'accionament de la porta IGBT ha de proporcionar una tensió positiva de la unitat IGBT per prendre el valor adequat, especialment en el procés de funcionament de curtcircuit de l'equip utilitzat a l'IGBT, la tensió positiva de la unitat s'ha de seleccionar al valor mínim requerit. L'aplicació de commutació de la tensió de la porta de l'IGBT hauria de ser de 10 V ~ 15 V per al millor.

(4) Procés d'aturada de l'IGBT, la tensió de polarització negativa aplicada entre l'emissor de la porta afavoreix l'aturada ràpida de l'IGBT, però no s'ha de prendre massa gran, la presa normal de -2V a -10V.

(5) en el cas de grans càrregues inductives, la commutació massa ràpida és perjudicial, les grans càrregues inductives en l'encesa i apagada ràpides de l'IGBT produiran alta freqüència i amplitud elevada i amplada estreta de la tensió de pic Ldi / dt , la punta no és fàcil d'absorbir, fàcil de formar danys al dispositiu.

(6) Com que l'IGBT s'utilitza en llocs d'alta tensió, el circuit d'accionament hauria d'estar amb tot el circuit de control en el potencial d'aïllament greu, l'ús normal d'aïllament d'acoblament òptic d'alta velocitat o aïllament d'acoblament de transformador.

Estat del circuit d'accionament

Amb el desenvolupament de la tecnologia integrada, el circuit d'accionament de la porta IGBT actual està controlat principalment per xips integrats. El mode de control encara és principalment de tres tipus:

(1) tipus d'activació directa sense aïllament elèctric entre els senyals d'entrada i sortida.

(2) Unitat d'aïllament del transformador entre els senyals d'entrada i sortida mitjançant l'aïllament del transformador de polsos, nivell de tensió d'aïllament de fins a 4000 V.

Hi ha 3 enfocaments de la següent manera

Enfocament passiu: la sortida del transformador secundari s'utilitza per conduir directament l'IGBT, a causa de les limitacions de l'equalització volt-segon, només és aplicable a llocs on el cicle de treball no canvia gaire.

Mètode actiu: el transformador només proporciona senyals aïllats, al circuit secundari de l'amplificador de plàstic per conduir IGBT, la forma d'ona de la unitat és millor, però la necessitat de proporcionar potència auxiliar separada.

Mètode d'autoabastament: el transformador d'impulsos s'utilitza per transmetre tant l'energia d'accionament com la tecnologia de modulació i demodulació d'alta freqüència per a la transmissió de senyals lògics, dividit en enfocament d'autoabastament de tipus modulació i autoabastament de tecnologia de temps compartit, en què la modulació -Tipus d'alimentació automàtica al pont rectificador per generar la font d'alimentació necessària, tecnologia de modulació d'alta freqüència i demodulació per transmetre senyals lògics.

3. Contacte i diferència entre tiristor i accionament IGBT

El circuit d'accionament del tiristor i l'IGBT té una diferència entre el centre similar. En primer lloc, els dos circuits d'accionament són necessaris per aïllar el dispositiu de commutació i el circuit de control entre si, per evitar que els circuits d'alta tensió tinguin un impacte en el circuit de control. Aleshores, tots dos s'apliquen al senyal d'accionament de la porta per activar el dispositiu de commutació. La diferència és que l'accionament del tiristor requereix un senyal de corrent, mentre que l'IGBT requereix un senyal de tensió. Després de la conducció del dispositiu de commutació, la porta del tiristor ha perdut el control de l'ús del tiristor, si voleu apagar el tiristor, els terminals del tiristor s'han d'afegir a la tensió inversa; i l'aturada de l'IGBT només s'ha d'afegir a la porta de la tensió de conducció negativa, per apagar l'IGBT.

4. Conclusió

Aquest document es divideix principalment en dues parts de la narració, la primera part de la sol·licitud del circuit d'accionament del tiristor per aturar la narració, el disseny del circuit d'accionament corresponent i el disseny del circuit s'aplica al circuit pràctic del tiristor, mitjançant simulació. i experimentació per demostrar la viabilitat del circuit d'accionament, el procés experimental trobat en l'anàlisi dels problemes aturats i tractats. La segona part de la discussió principal sobre l'IGBT a petició del circuit d'accionament, i sobre aquesta base per introduir encara més el circuit d'accionament IGBT d'ús habitual i el circuit d'accionament d'aïllament d'optoacoblador principal per aturar la simulació i l'experimentació, per demostrar el viabilitat del circuit d'accionament.