Tas pats didelės galios MOSFET, naudojant skirtingas pavaros grandines, bus skirtingos perjungimo charakteristikos. Naudojant gerą pavaros grandinės veikimą, galios perjungimo įtaisas gali veikti palyginti idealioje perjungimo būsenoje, tuo pačiu sutrumpinant perjungimo laiką, sumažinant perjungimo nuostolius, didelę reikšmę turi veikimo efektyvumo, patikimumo ir saugumo įrengimas. Todėl pavaros grandinės privalumai ir trūkumai tiesiogiai veikia pagrindinės grandinės veikimą, pavaros grandinės konstrukcijos racionalizavimas tampa vis svarbesnis. Tiristorius mažas dydis, lengvas svoris, didelis efektyvumas, ilgas tarnavimo laikas, paprastas naudoti, gali lengvai sustabdyti lygintuvą ir keitiklį ir negali pakeisti grandinės struktūros, jei keičiasi lygintuvo arba keitiklio srovės dydis. IGBT yra sudėtinis prietaisasMOSFETir GTR, kuris pasižymi greitu perjungimo greičiu, geru šiluminiu stabilumu, maža varomąja galia ir paprasta pavaros grandine, taip pat turi mažą įtampos kritimą įjungus būseną, didelę atsparumo įtampą ir didelę priėmimo srovę. IGBT kaip pagrindinis galios išvesties įrenginys, ypač didelės galios vietose, buvo plačiai naudojamas įvairiose kategorijose.
Ideali didelės galios MOSFET perjungimo įrenginių pavaros grandinė turi atitikti šiuos reikalavimus:
(1) Kai maitinimo perjungimo vamzdis yra įjungtas, varomoji grandinė gali tiekti sparčiai didėjančią bazinę srovę, kad įjungus būtų pakankamai varomosios galios, taip sumažinant įjungimo nuostolius.
(2) Perjungimo vamzdžio laidumo metu MOSFET tvarkyklės grandinės teikiama bazinė srovė gali užtikrinti, kad maitinimo vamzdis būtų prisotintas bet kokiomis apkrovos sąlygomis, užtikrinant palyginti mažus laidumo nuostolius. Siekiant sutrumpinti saugojimo laiką, prieš išjungiant įrenginys turi būti kritinės prisotinimo būsenos.
(3) išjungimas, pavaros grandinė turėtų suteikti pakankamai atvirkštinės bazės pavaros, kad būtų galima greitai ištraukti likusius nešiklius bazinėje srityje ir sutrumpinti saugojimo laiką; ir pridėti atvirkštinio poslinkio išjungimo įtampą, kad kolektoriaus srovė greitai nukristų ir sutrumpėtų nusileidimo laikas. Žinoma, tiristorius išjungiamas daugiausia dėl atvirkštinio anodo įtampos kritimo, kad būtų užbaigtas išjungimas.
Šiuo metu tiristorius su panašiu skaičiumi varo tik per transformatorių arba optroną, kad atskirtų žemos ir aukštos įtampos galą, o tada per konversijos grandinę, kad padėtų tiristoriaus laidumui. Dėl IGBT dabartiniam naudojimui daugiau IGBT vairuoti modulis, bet taip pat integruotas IGBT, sistemos savitarnos, savidiagnostikos ir kitų funkcinių modulių IPM.
Šiame darbe mūsų naudojamam tiristoriui suprojektuokite eksperimentinę pavaros grandinę ir sustabdykite tikrąjį bandymą, kad įrodytumėte, jog jis gali valdyti tiristorių. Kalbant apie IGBT pavarą, šiame darbe daugiausia pristatomi dabartiniai pagrindiniai IGBT diskų tipai, taip pat jų atitinkama pavaros grandinė ir dažniausiai naudojama optronų izoliavimo pavara, siekiant sustabdyti modeliavimo eksperimentą.
2. Tiristoriaus pavaros grandinės tyrimas apskritai tiristoriaus veikimo sąlygos yra šios:
(1) tiristorius priima atvirkštinio anodo įtampą, nepriklausomai nuo to, kokią įtampą priima vartai, tiristorius yra išjungtas.
(2) Tiristorius priima tiesioginio anodo įtampą, tik tuo atveju, kai užtvaras priima teigiamą įtampą, tiristorius yra įjungtas.
(3) Tiristorius laidumo būsenoje, tik tam tikra teigiama anodo įtampa, nepriklausomai nuo vartų įtampos, tiristorius reikalavo laidumo, tai yra, po tiristoriaus laidumo vartai prarandami. (4) tiristorius laidumo sąlygomis, kai pagrindinės grandinės įtampa (arba srovė) sumažėja iki beveik nulio, tiristorius išjungiamas. Tiristorių renkamės TYN1025, jo atsparumo įtampa nuo 600V iki 1000V, srovė iki 25A. reikia, kad vartų pavaros įtampa būtų nuo 10 V iki 20 V, pavaros srovė yra nuo 4 mA iki 40 mA. ir jo priežiūros srovė 50mA, variklio srovė 90mA. DSP arba CPLD paleidimo signalo amplitudė iki 5 V. Visų pirma, tol, kol 5 V amplitudė į 24 V, o tada per 2:1 izoliacinį transformatorių, kad 24 V paleidimo signalas būtų paverstas 12 V paleidimo signalu, tuo pačiu užbaigiant viršutinės ir apatinės įtampos izoliacijos funkciją.
Eksperimentinės grandinės projektavimas ir analizė
Visų pirma, padidinimo grandinė dėl izoliacijos transformatoriaus grandinės galinėje pakopojeMOSFETįrenginiui reikia 15 V paleidimo signalo, todėl pirmiausia reikia 5 V amplitudės paleidimo signalą paversti 15 V paleidimo signalu, per MC14504 5 V signalą, konvertuojantį į 15 V signalą, o tada per CD4050 į 15 V pavaros signalo formavimo išvestį, 2 kanalą. yra prijungtas prie 5V įvesties signalo, 1 kanalas prijungtas prie išvesties 2 kanalas prijungtas prie 5 V įvesties signalo, 1 kanalas prijungtas prie 15 V trigerio signalo išvesties.
Antroji dalis yra izoliacinio transformatoriaus grandinė, pagrindinė grandinės funkcija yra: 15 V paleidimo signalas, paverčiamas 12 V paleidimo signalu, kad suaktyvintų tiristoriaus laidumą ir 15 V paleidimo signalą bei atstumą tarp galinės dalies. etapas.
Grandinės veikimo principas yra toks: dėlMOSFETIRF640 pavaros įtampa 15 V, taigi, pirmiausia J1 prieiga prie 15 V kvadratinės bangos signalo, per rezistorių R4, prijungtą prie reguliatoriaus 1N4746, kad paleidimo įtampa būtų stabili, bet taip pat kad paleidimo įtampa nebūtų per aukšta , sudegino MOSFET, o tada į MOSFET IRF640 (iš tikrųjų tai yra perjungimo vamzdelis, galinio atidarymo ir uždarymo valdymas. Valdykite galinį įjungimo ir išjungimo galą), suvaldę pavaros signalo darbo ciklas, kad būtų galima valdyti MOSFET įjungimo ir išjungimo laiką. Kai MOSFET yra atidarytas, atitinkantis jo D poliaus įžeminimą, išjungiamas, kai jis yra atidarytas, po galinės grandinės, atitinkančios 24 V. Ir transformatorius keičia įtampą, kad padarytų dešinįjį 12 V išėjimo signalo galą . Dešinysis transformatoriaus galas yra prijungtas prie lygintuvo tiltelio, o tada 12 V signalas išvedamas iš jungties X1.
Eksperimento metu iškilusios problemos
Visų pirma, įjungus maitinimą staiga perdegė saugiklis, o vėliau tikrinant grandinę buvo nustatyta, kad yra pradinės grandinės konstrukcijos problema. Iš pradžių, siekiant pagerinti perjungimo vamzdžio išvesties poveikį, 24 V įžeminimo ir 15 V įžeminimo atskyrimas, dėl kurio MOSFET vartų G polius yra lygiavertis S polio užpakalinei daliai, yra pakabinamas, o tai sukelia klaidingą suveikimą. Gydymas yra sujungti 24 V ir 15 V įžeminimą ir vėl sustabdyti eksperimentą, grandinė veikia normaliai. Grandinės prijungimas yra normalus, tačiau dalyvaujant pavaros signale, MOSFET šiluma, plius pavaros signalas tam tikrą laiką, saugiklis perdega, o tada pridedamas pavaros signalas, saugiklis tiesiogiai perdega. Patikrinkite, ar grandinėje nustatyta, kad pavaros signalo aukšto lygio darbo ciklas yra per didelis, todėl MOSFET įjungimo laikas yra per ilgas. Šios grandinės konstrukcija leidžia, kai MOSFET atsidaro, 24 V pridedama tiesiai prie MOSFET galų ir nepridedamas srovę ribojantis rezistorius, jei įjungimo laikas yra per ilgas, kad srovė būtų per didelė, MOSFET pažeidimas, poreikis reguliuoti signalo darbo ciklą negali būti per didelis, paprastai nuo 10 % iki 20 %.
2.3 Pavaros grandinės patikra
Siekdami patikrinti pavaros grandinės pagrįstumą, mes naudojame jį tiristoriaus grandinei, sujungtai nuosekliai tarpusavyje, tiristorių nuosekliai, o paskui antilygiagrečiai, prieigai prie grandinės su indukcine varža, maitinimo šaltiniu. yra 380 V kintamosios srovės šaltinis.
MOSFET šioje grandinėje tiristorius Q2, Q8 paleidžia signalą per G11 ir G12 prieigą, o Q5, Q11 paleidžia signalą per G21, G22 prieigą. Prieš priimant pavaros signalą į tiristoriaus užtvaros lygį, siekiant pagerinti tiristoriaus atsparumą trukdžiams, tiristoriaus užtvaras yra prijungtas prie rezistoriaus ir kondensatoriaus. Ši grandinė yra prijungta prie induktoriaus, o po to įdedama į pagrindinę grandinę. Sureguliavus tiristoriaus laidumo kampą, kad būtų galima valdyti didelį induktorių į pagrindinės grandinės laiką, viršutinė ir apatinė grandinės fazės kampo trigerio signalo skirtumas yra pusės ciklo, viršutinis G11 ir G12 yra trigerio signalas iki galo. per priekinės izoliacijos transformatoriaus pakopos pavaros grandinę yra izoliuoti vienas nuo kito, apatinis G21 ir G22 taip pat yra izoliuotas nuo signalo taip pat. Du trigerio signalai paleidžia antilygiagretų tiristoriaus grandinės teigiamą ir neigiamą laidumą, virš 1 kanalo yra prijungtas prie visos tiristoriaus grandinės įtampos, tiristoriaus laidumo atveju jis tampa 0, o 2, 3 kanalas yra prijungtas prie tiristoriaus grandinės aukštyn ir žemyn. kelio paleidimo signalus, 4 kanalas matuojamas visos tiristoriaus srovės srautu.
2 kanalų matuojamas teigiamas trigerio signalas, suveikiamas virš tiristoriaus laidumo, srovė yra teigiama; 3 kanalų matuojamas atvirkštinis trigerio signalas, suaktyvinantis apatinę tiristoriaus laidumo grandinę, srovė yra neigiama.
3. Seminaro IGBT pavaros grandinė IGBT pavaros grandinė turi daug specialių užklausų, apibendrinta:
(1) Įtampos impulso kilimo ir kritimo greitis turi būti pakankamai didelis. igbt įjungimas, stačių vartų įtampos priekinis kraštas pridedamas prie vartų G ir emiterio E tarp vartų, kad jis būtų greitai įjungtas, kad būtų pasiektas trumpiausias įjungimo laikas, kad būtų sumažinti įjungimo nuostoliai. IGBT išjungimo metu vartų pavaros grandinė turėtų užtikrinti, kad IGBT nusileidimo briauna būtų labai staigi išjungimo įtampa, o IGBT vartams G ir emiteriui E tarp atitinkamos atvirkštinės poslinkio įtampos, kad IGBT greitai išsijungtų, sutrumpėtų išjungimo laikas, sutrumpėtų. išjungimo praradimas.
(2) Po IGBT laidumo pavaros įtampa ir srovė, kurią suteikia vartų pavaros grandinė, turėtų būti pakankamos IGBT pavaros įtampos ir srovės amplitudės, kad IGBT išėjimo galia visada būtų prisotinta. Laikina perkrova, vartų pavaros grandinės varomoji galia turėtų būti pakankama, kad IGBT neišeitų iš prisotinimo srities ir nepažeistų.
(3) IGBT vartų pavaros grandinė turėtų užtikrinti IGBT teigiamą pavaros įtampą, kad ji būtų tinkama, ypač IGBT naudojamos įrangos trumpojo jungimo veikimo procese, teigiama pavaros įtampa turėtų būti parinkta iki minimalios reikalaujamos vertės. Geriausiai IGBT vartų įtampos perjungimas turėtų būti 10 V ~ 15 V.
(4) IGBT išjungimo procesas, neigiama poslinkio įtampa, taikoma tarp vartų ir emiterio, yra palanki greitam IGBT išjungimui, tačiau neturėtų būti per didelė, įprastai - nuo 2 V iki -10 V.
(5) Esant didelėms indukcinėms apkrovoms, per greitas perjungimas yra kenksmingas, didelės indukcinės apkrovos IGBT greito įjungimo ir išjungimo metu sukels aukšto dažnio ir didelės amplitudės bei siauro smailės įtampos Ldi / dt plotį. , smaigalys nėra lengvai įsisavinamas, lengvai formuojasi įrenginio pažeidimai.
(6) Kadangi IGBT naudojamas aukštos įtampos vietose, pavaros grandinė turi būti su visa valdymo grandine, kad būtų galima stipriai izoliuoti, įprastai naudojant didelės spartos optinės jungties izoliaciją arba transformatoriaus sujungimo izoliaciją.
Pavaros grandinės būsena
Tobulėjant integruotoms technologijoms, dabartinė IGBT vartų pavaros grandinė daugiausia valdoma integruotomis lustomis. Valdymo režimas vis dar yra trijų tipų:
(1) tiesioginio suveikimo tipas, be elektros izoliacijos tarp įvesties ir išvesties signalų.
(2) transformatoriaus izoliavimo pavara tarp įvesties ir išvesties signalų naudojant impulsų transformatoriaus izoliaciją, izoliacijos įtampos lygis iki 4000 V.
Yra 3 būdai, kaip nurodyta toliau
Pasyvus požiūris: antrinio transformatoriaus išėjimas yra naudojamas tiesiogiai valdyti IGBT, dėl voltų sekundės išlyginimo apribojimų jis taikomas tik tose vietose, kur darbo ciklas mažai keičiasi.
Aktyvus metodas: transformatorius teikia tik izoliuotus signalus, antrinėje plastiko stiprintuvo grandinėje, kad būtų galima valdyti IGBT, pavaros bangos forma yra geresnė, tačiau reikia teikti atskirą pagalbinę galią.
Savarankiško tiekimo metodas: impulsinis transformatorius naudojamas tiek pavaros energijai, tiek aukšto dažnio moduliavimo ir demoduliavimo technologijai perduoti loginiams signalams perduoti, skirstant į moduliacijos tipo savaiminio tiekimo metodą ir laiko pasidalijimo technologiją savaiminis tiekimas, kuriame moduliacija -tipo savaiminio maitinimo į lygintuvo tiltą generuoti reikiamą maitinimo šaltinį, aukšto dažnio moduliavimo ir demoduliavimo technologijas loginiams signalams perduoti.
3. Tiristoriaus ir IGBT pavaros kontaktas ir skirtumas
Tiristoriaus ir IGBT pavaros grandinė turi skirtumą tarp panašaus centro. Visų pirma, dvi pavaros grandinės turi atskirti perjungimo įrenginį ir valdymo grandinę viena nuo kitos, kad aukštos įtampos grandinės nepaveiktų valdymo grandinės. Tada abu yra taikomi vartų pavaros signalui, kad įjungtų perjungimo įrenginį. Skirtumas tas, kad tiristoriaus pavarai reikalingas srovės signalas, o IGBT – įtampos signalas. Po perjungimo įrenginio laidumo tiristoriaus vartai prarado tiristoriaus naudojimo kontrolę, jei norite išjungti tiristorių, tiristoriaus gnybtus reikia pridėti prie atvirkštinės įtampos; ir IGBT išjungimą tereikia pridėti prie neigiamos pavaros įtampos vartų, kad išjungtumėte IGBT.
4. Išvada
Šis dokumentas daugiausia suskirstytas į dvi pasakojimo dalis: pirmoji tiristoriaus pavaros grandinės dalis prašo sustabdyti pasakojimą, atitinkamos pavaros grandinės dizainas, o grandinės dizainas pritaikytas praktinei tiristoriaus grandinei, naudojant modeliavimą. ir eksperimentavimas, siekiant įrodyti pavaros grandinės pagrįstumą, eksperimentinis procesas, su kuriuo susiduriama analizuojant problemas, buvo sustabdytas ir išspręstas. Antroji pagrindinės diskusijos apie IGBT dalis pavaros grandinės prašymu ir tuo pagrindu toliau pristatyti dabartinę dažniausiai naudojamą IGBT pavaros grandinę ir pagrindinę optronų izoliacijos pavaros grandinę, kad būtų sustabdytas modeliavimas ir eksperimentas, siekiant įrodyti pavaros grandinės tinkamumas.
Paskelbimo laikas: 2024-04-15
