Cili është parimi i qarkut drejtues të një MOSFET me fuqi të lartë?

I njëjti MOSFET me fuqi të lartë, përdorimi i qarqeve të ndryshme të drejtimit do të marrë karakteristika të ndryshme komutuese. Përdorimi i performancës së mirë të qarkut të makinës mund të bëjë që pajisja e ndërrimit të energjisë të funksionojë në një gjendje komutimi relativisht ideale, ndërsa shkurtimi i kohës së ndërrimit, zvogëlimi i humbjeve të ndërrimit, instalimi i efikasitetit operativ, besueshmëria dhe siguria janë të një rëndësie të madhe. Prandaj, avantazhet dhe disavantazhet e qarkut të makinës ndikojnë drejtpërdrejt në performancën e qarkut kryesor, racionalizimi i dizajnit të qarkut të makinës është gjithnjë e më i rëndësishëm. Tiristor me madhësi të vogël, peshë të lehtë, efikasitet të lartë, jetë të gjatë, i lehtë për t'u përdorur, mund të ndalojë lehtësisht ndreqësin dhe inverterin, dhe nuk mund të ndryshojë strukturën e qarkut nën premisën e ndryshimit të madhësisë së ndreqësit ose rrymës së inverterit. IGBT është një përbërje e përbërë pajisja eMOSFETdhe GTR, i cili ka karakteristikat e shpejtësisë së shpejtë të ndërrimit, stabilitetit të mirë termik, fuqisë së vogël lëvizëse dhe qarkut të thjeshtë të drejtimit, dhe ka avantazhet e rënies së vogël të tensionit në gjendje, tensionit të lartë të rezistencës dhe rrymës së pranimit të lartë. IGBT si një pajisje kryesore e daljes së energjisë, veçanërisht në vendet me fuqi të lartë, është përdorur zakonisht në kategori të ndryshme.

Qarku ideal i drejtimit për pajisjet komutuese MOSFET me fuqi të lartë duhet të plotësojë kërkesat e mëposhtme:

(1) Kur tubi i ndërrimit të energjisë është i ndezur, qarku i drejtimit mund të sigurojë një rrymë bazë me rritje të shpejtë, në mënyrë që të ketë fuqi të mjaftueshme lëvizëse kur ndizet, duke reduktuar kështu humbjen e ndezjes.

(2) Gjatë përçimit të tubit komutues, rryma bazë e siguruar nga qarku drejtues MOSFET mund të sigurojë që tubi i rrymës të jetë në gjendje të ngopur përçueshmërie në çdo gjendje ngarkese, duke siguruar humbje relativisht të ulët të përcjelljes. Për të reduktuar kohën e ruajtjes, pajisja duhet të jetë në një gjendje kritike të ngopjes përpara mbylljes.

(3) mbyllja, qarku i makinës duhet të sigurojë një shtytje të mjaftueshme të bazës së kundërt për të tërhequr shpejt transportuesit e mbetur në rajonin bazë për të zvogëluar kohën e ruajtjes; dhe shtoni tensionin e ndërprerjes së anshmërisë së kundërt, në mënyrë që rryma e kolektorit të bjerë me shpejtësi për të zvogëluar kohën e uljes. Sigurisht, mbyllja e tiristorit është ende kryesisht nga rënia e tensionit të anodës së kundërt për të përfunduar mbylljen.

Aktualisht, tiristori përzënë me një numër të krahasueshëm të vetëm përmes transformatorit ose izolimit optocoupler për të ndarë fundin e tensionit të ulët dhe fundin e tensionit të lartë, dhe pastaj përmes qarkut të konvertimit për të përzënë përcjelljen e tiristorit. Në IGBT për përdorimin aktual të më shumë modul drive IGBT, por edhe IGBT të integruar, vetë-mirëmbajtjen e sistemit, vetë-diagnostikimin dhe module të tjera funksionale të IPM.

Në këtë punim, për tiristorin që përdorim, dizajnojmë qarkun eksperimental të drejtimit dhe ndalojmë testin e vërtetë për të vërtetuar se ai mund të drejtojë tiristorin. Sa i përket ngasjes së IGBT, ky punim prezanton kryesisht llojet aktuale kryesore të disqeve IGBT, si dhe qarkun e tyre përkatës të ngasjes dhe diskun e izolimit të optoçiftit më të përdorur për të ndaluar eksperimentin e simulimit.

2. Studimi i qarkut të drejtimit të tiristorit në përgjithësi kushtet e funksionimit të tiristorit janë:

(1) tiristori pranon tensionin e anodit të kundërt, pavarësisht se çfarë lloj tensioni pranon porta, tiristori është në gjendje të fikur.

(2) Tiristori pranon tensionin e anodës përpara, vetëm në rastin kur porta pranon një tension pozitiv, tiristori është i ndezur.

(3) Tiristori në gjendje përçueshmërie, vetëm një tension i caktuar pozitiv i anodës, pavarësisht nga tensioni i portës, tiristori insistoi në përçueshmëri, domethënë, pas përcjelljes së tiristorit, porta humbet. (4) tiristor në gjendje përçueshmëri, kur tensioni qark kryesor (ose aktuale) reduktuar në afërsi zero, mbyllje tiristor. Ne zgjedhim tiristorin është TYN1025, voltazhi i tij përballues është 600V deri në 1000V, rryma deri në 25A. kërkon që tensioni i ngasjes së portës është 10V deri në 20V, rryma e ngasjes është 4mA deri në 40mA. dhe rryma e mirëmbajtjes së tij është 50 mA, rryma e motorit është 90 mA. Amplituda e sinjalit të ndezjes ose DSP ose CPLD deri në 5V. Para së gjithash, për aq kohë sa amplituda e 5V në 24V, dhe më pas përmes një transformatori izolues 2:1 për të konvertuar sinjalin e këmbëzës 24V në një sinjal të këmbëzimit 12V, duke përfunduar funksionin e izolimit të tensionit të sipërm dhe të poshtëm.

Projektimi dhe analiza e qarkut eksperimental

Para së gjithash, qarku i nxitjes, për shkak të qarkut të transformatorit izolues në fazën e pasme tëMOSFETpajisja ka nevojë për sinjalin e këmbëzës 15V, kështu që nevoja për të vendosur së pari sinjalin e këmbëzës 5V në një sinjal 15V, përmes sinjalit 5V MC14504, i konvertuar në një sinjal 15V, dhe më pas përmes CD4050 në daljen e sinjalit të diskut 15V, kanali 2. është i lidhur me sinjalin hyrës 5V, kanali 1 është i lidhur me daljen Kanali 2 është i lidhur me sinjalin hyrës 5V, kanali 1 është i lidhur me daljen e sinjalit të këmbëzës 15V.

Pjesa e dytë është qarku i transformatorit të izolimit, funksioni kryesor i qarkut është: sinjali i këmbëzës 15 V, i konvertuar në një sinjal këmbëzues 12 V për të ndezur pjesën e pasme të përcjelljes së tiristorit dhe për të bërë sinjalin e këmbëzës 15 V dhe distancën midis pjesës së pasme. skenë.

Parimi i punës së qarkut është: për shkak tëMOSFETTensioni i makinës IRF640 është 15V, kështu që, para së gjithash, në J1 aksesi në sinjalin e valës katrore 15V, përmes rezistencës R4 të lidhur me rregullatorin 1N4746, në mënyrë që voltazhi i këmbëzës të jetë i qëndrueshëm, por edhe të bëjë që tensioni i këmbëzës të mos jetë shumë i lartë. , dogji MOSFET, dhe më pas në MOSFET IRF640 (në fakt, ky është një ndërrim tubi, kontrolli i pjesës së pasme të hapjes dhe mbylljes. -koha e fikjes së MOSFET-it. Kur MOSFET-i është i hapur, ekuivalent me tokën e tij me polin D, fikur kur është i hapur, pas qarkut të pasëm ekuivalent me 24 V. Dhe transformatori është përmes ndryshimit të tensionit për të bërë fundin e djathtë të sinjalit dalës 12 V . Fundi i djathtë i transformatorit është i lidhur me një urë ndreqëse dhe më pas sinjali 12V del nga lidhësi X1.

Problemet e hasura gjatë eksperimentit

Para së gjithash, kur u ndez energjia, siguresa shpërtheu papritmas, dhe më vonë gjatë kontrollit të qarkut, u zbulua se kishte një problem me modelin fillestar të qarkut. Fillimisht, për të përmirësuar efektin e daljes së tubit të tij komutues, ndarja e tokës 24V dhe e tokës 15V, e cila e bën polin G të portës G të MOSFET-it të barazvlefshëm me pjesën e pasme të shtyllës S, pezullohet, duke rezultuar në ndezje të rreme. Trajtimi është të lidhni tokën 24V dhe 15V së bashku, dhe përsëri për të ndaluar eksperimentin, qarku funksionon normalisht. Lidhja e qarkut është normale, por kur merr pjesë në sinjalin e makinës, ngrohjen e MOSFET, plus sinjalin e makinës për një periudhë kohore, siguresa fryhet, dhe më pas shtoni sinjalin e makinës, siguresa shpërthehet drejtpërdrejt. Kontrolloni qarkun që zbuloi se cikli i funksionimit të nivelit të lartë të sinjalit të makinës është shumë i madh, duke rezultuar që koha e ndezjes së MOSFET është shumë e gjatë. Dizajni i këtij qarku bën që kur MOSFET të hapet, 24V shtohet direkt në skajet e MOSFET dhe nuk shtohet një rezistencë kufizuese e rrymës, nëse koha e aktivizimit është shumë e gjatë për të bërë rryma është shumë e madhe, dëmtimi i MOSFET-it, nevoja për të rregulluar ciklin e funksionimit të sinjalit nuk mund të jetë shumë e madhe, në përgjithësi nga 10% në 20% ose më shumë.

2.3 Verifikimi i qarkut të makinës

Për të verifikuar fizibilitetin e qarkut të lëvizjes, ne e përdorim atë për të drejtuar qarkun e tiristorit të lidhur në seri me njëri-tjetrin, tiristorin në seri me njëri-tjetrin dhe më pas antiparalel, hyrjen në qark me reaktancë induktive, furnizimin me energji elektrike. është burim i tensionit 380V AC.

MOSFET në këtë qark, tiristori Q2, Q8 sinjalizojnë përmes aksesit G11 dhe G12, ndërsa Q5, Q11 sinjalizojnë përmes aksesit G21, G22. Përpara se sinjali i drejtimit të merret në nivelin e portës së tiristorit, për të përmirësuar aftësinë kundër ndërhyrjes së tiristorit, porta e tiristorit lidhet me një rezistencë dhe kondensator. Ky qark lidhet me induktorin dhe më pas futet në qarkun kryesor. Pas kontrollit të këndit të përcjelljes së tiristorit për të kontrolluar induktorin e madh në kohën e qarkut kryesor, qarqet e sipërme dhe të poshtme të këndit fazor të diferencës së sinjalit të këmbëzës prej gjysmë cikli, G11 dhe G12 e sipërme janë një sinjal këmbëzues gjatë gjithë rrugës. përmes qarkut të drejtimit të fazës së përparme të transformatorit të izolimit është i izoluar nga njëri-tjetri, G21 dhe G22 i poshtëm izolohen gjithashtu nga e njëjta mënyrë sinjali. Dy sinjalet e këmbëzës shkaktojnë përçueshmëri pozitive dhe negative të qarkut antiparalel të tiristorit, sipër kanalit 1 lidhet me të gjithë tensionin e qarkut të tiristorit, në përcjelljen e tiristorit bëhet 0, dhe 2, 3 kanali lidhet me qarkun e tiristorit lart e poshtë. sinjalet e ndezjes së rrugës, 4 kanali matet me rrjedhën e të gjithë rrymës së tiristorit.

2 kanal matet një sinjal pozitiv të shkaktojë, shkaktuar mbi përçueshmëri tiristor, rryma është pozitive; 3 kanal matet një sinjal të kundërt të shkaktojë, duke shkaktuar qark të ulët të përçueshmërisë tiristor, rryma është negative.

3. Qarku i ngasjes IGBT i seminarit Qarku i ngasjes IGBT ka shumë kërkesa të veçanta, të përmbledhura:

(1) përzënë shkalla e rritjes dhe rënies së pulsit të tensionit duhet të jetë mjaft i madh. igbt ndizet, skaji kryesor i tensionit të portës së pjerrët i shtohet portës G dhe emetuesit E midis portës, në mënyrë që të ndizet shpejt për të arritur kohën më të shkurtër të ndezjes për të zvogëluar humbjet e ndezjes. Në mbylljen IGBT, qarku i drejtimit të portës duhet të sigurojë që skaji i uljes IGBT të jetë shumë i pjerrët i tensionit të mbylljes, dhe te porta IGBT G dhe emetuesi E midis tensionit të duhur të paragjykimit të kundërt, në mënyrë që mbyllja e shpejtë IGBT, të shkurtojë kohën e mbylljes, të zvogëlojë humbjen e mbylljes.

(2) Pas përcjelljes IGBT, voltazhi dhe rryma e drejtimit të siguruara nga qarku i ngasjes së portës duhet të jenë amplitudë të mjaftueshme për tensionin dhe rrymën e makinës IGBT, në mënyrë që fuqia dalëse e IGBT të jetë gjithmonë në një gjendje të ngopur. Mbingarkesa kalimtare, fuqia lëvizëse e siguruar nga qarku i drejtimit të portës duhet të jetë e mjaftueshme për të siguruar që IGBT të mos dalë nga rajoni i ngopjes dhe të dëmtohet.

(3) Qarku i drejtimit të portës IGBT duhet të sigurojë tensionin pozitiv të makinës IGBT për të marrë vlerën e duhur, veçanërisht në procesin e funksionimit të qarkut të shkurtër të pajisjeve të përdorura në IGBT, tensioni pozitiv i makinës duhet të zgjidhet në vlerën minimale të kërkuar. Zbatimi i ndërrimit të tensionit të portës së IGBT duhet të jetë 10V ~ 15V për më të mirën.

(4) Procesi i mbylljes IGBT, tensioni negativ i paragjykimit i aplikuar midis portës - emetuesit është i favorshëm për mbylljen e shpejtë të IGBT, por nuk duhet të merret shumë i madh, me marrjen e zakonshme -2V në -10V.

(5) në rastin e ngarkesave të mëdha induktive, ndërrimi shumë i shpejtë është i dëmshëm, ngarkesa të mëdha induktive në ndezjen dhe fikjen e shpejtë të IGBT, do të prodhojnë frekuencë të lartë dhe amplitudë të lartë dhe gjerësi të ngushtë të tensionit të pikut Ldi / dt , thumb nuk është e lehtë për të absorbuar, lehtë për të formuar dëmtimin e pajisjes.

(6) Meqenëse IGBT përdoret në vende me tension të lartë, kështu qarku i makinës duhet të jetë me të gjithë qarkun e kontrollit në potencialin e izolimit të rëndë, përdorimi i zakonshëm i izolimit të bashkimit optik me shpejtësi të lartë ose izolimit të bashkimit të transformatorit.

Statusi i qarkut të makinës

Me zhvillimin e teknologjisë së integruar, qarku aktual i drejtimit të portës IGBT kontrollohet kryesisht nga çipa të integruar. Mënyra e kontrollit është ende kryesisht tre lloje:

(1) Lloji i ndezjes direkte pa izolim elektrik midis sinjaleve hyrëse dhe dalëse.

(2) ngasja e izolimit të transformatorit midis sinjaleve hyrëse dhe dalëse duke përdorur izolimin e transformatorit të pulsit, niveli i tensionit të izolimit deri në 4000V.

Ka 3 qasje si më poshtë

Qasja pasive: dalja e transformatorit sekondar përdoret për të drejtuar drejtpërdrejt IGBT, për shkak të kufizimeve të barazimit volt-sekondë, është i zbatueshëm vetëm në vendet ku cikli i punës nuk ndryshon shumë.

Metoda aktive: transformatori siguron vetëm sinjale të izoluara, në qarkun sekondar të amplifikatorit plastik për të përzënë IGBT, forma e valës së makinës është më e mirë, por nevoja për të siguruar fuqi të veçantë ndihmëse.

Metoda e vetë-furnizimit: transformatori i pulsit përdoret për të transmetuar si energjinë e makinës, ashtu edhe teknologjinë e modulimit dhe demodulimit me frekuencë të lartë për transmetimin e sinjaleve logjike, të ndarë në qasjen e vetëfurnizimit të tipit të modulimit dhe vetëfurnizimit të teknologjisë së ndarjes së kohës, në të cilën modulimi - Lloji i energjisë vetë-furnizuese në urën ndreqës për të gjeneruar furnizimin e kërkuar me energji, modulimin me frekuencë të lartë dhe teknologjinë e demodulimit për të transmetuar sinjale logjike.

3. Kontakti dhe ndryshimi midis tiristorit dhe diskut IGBT

Qarku i drejtimit të tiristorit dhe IGBT ka një ndryshim midis qendrës së ngjashme. Para së gjithash, dy qarqet e drejtimit janë të nevojshme për të izoluar pajisjen komutuese dhe qarkun e kontrollit nga njëri-tjetri, në mënyrë që të shmanget ndikimi i qarqeve të tensionit të lartë në qarkun e kontrollit. Më pas, të dyja aplikohen në sinjalin e drejtimit të portës për të ndezur pajisjen kyçëse. Dallimi është se njësia e tiristorit kërkon një sinjal aktual, ndërsa IGBT kërkon një sinjal tensioni. Pas përcjelljes së pajisjes komutuese, porta e tiristorit ka humbur kontrollin e përdorimit të tiristorit, nëse doni të fikni tiristorin, terminalet e tiristorit duhet të shtohen në tensionin e kundërt; dhe mbyllja IGBT duhet të shtohet vetëm në portën e tensionit negativ të drejtimit, për të mbyllur IGBT.

4. Përfundim

Ky punim është i ndarë kryesisht në dy pjesë të narrativës, pjesa e parë e kërkesës së qarkut të drejtimit të tiristorit për të ndaluar narrativën, dizajni i qarkut përkatës të makinës dhe dizajni i qarkut zbatohet në qarkun praktik të tiristorit, përmes simulimit. dhe eksperimentimi për të vërtetuar fizibilitetin e qarkut të ngasjes, procesi eksperimental i hasur në analizën e problemeve u ndal dhe u trajtua. Pjesa e dytë e diskutimit kryesor mbi IGBT me kërkesën e qarkut të makinës, dhe mbi këtë bazë për të prezantuar më tej qarkun aktual të përdorur zakonisht IGBT, dhe qarkun kryesor të drejtimit të izolimit të optoçiftit për të ndaluar simulimin dhe eksperimentin, për të vërtetuar realizueshmëria e qarkut të ngasjes.