Chì ghjè u principiu di u circuitu di cunduzzione di un MOSFET d'alta putenza?

U stessu MOSFET d'alta putenza, l'usu di diversi circuiti di cunduzzione uttene diverse caratteristiche di commutazione. L'usu di una bona prestazione di u circuitu di cunversione pò fà chì u dispusitivu di commutazione di u putere travaglia in un statu di commutazione relativamente ideale, mentre chì accurtà u tempu di commutazione, riduce e perdite di commutazione, l'installazione di l'efficienza operativa, l'affidabilità è a sicurezza sò di grande significazione. Per quessa, i vantaghji è i disadvantages di u circuitu di cunduzzione affettanu direttamente a prestazione di u circuitu principale, a razionalizazione di u disignu di u circuitu di cunduce hè sempre più impurtante. Thyristor small size, pisu ligeru, alta efficienza, longa vita, facile à aduprà, pò facirmenti piantà u rectifier è inverter, è ùn pò cambià a struttura di u circuitu sottu a premessa di cambià a dimensione di u rectifier o inverter current.IGBT hè un compostu dispusitivu diMOSFETè GTR, chì hà e caratteristiche di a veloce di cunversione veloce, una bona stabilità termale, una piccula putenza di guida è un circuitu di guida simplice, è hà i vantaghji di una piccula caduta di tensione in u statu, una tensione di resistenza alta è una corrente d'accettazione alta. IGBT cum'è un dispositivu di pruduzzione di putenza mainstream, in particulare in i lochi d'alta putenza, hè statu cumunimenti utilizatu in diverse categurie.

U circuitu di guida ideale per i dispositi di commutazione MOSFET d'alta putenza deve risponde à i seguenti requisiti:

(1) Quandu u tubu di commutazione di l'energia hè attivatu, u circuitu di guida pò furnisce un currente di basa in rapida crescita, in modu chì ci hè abbastanza putenza di guida quandu hè attivatu, riducendu cusì a perdita di turnu.

(2) Durante a cunduzzione di u tubu di commutazione, a corrente di basa furnita da u circuitu di driver MOSFET pò assicurà chì u tubu di putenza hè in un statu di cunduzzione saturatu in ogni cundizione di carica, assicurendu una perdita di cunduzzione comparativamente bassa. Per riduce u tempu d'almacenamiento, u dispusitivu deve esse in un statu di saturazione critica prima di chjude.

(3) chjusu, u circuitu di u drive deve furnisce un drive basu inversu suffirenziu per sguassate rapidamente i trasportatori rimanenti in a regione di basa per riduce u tempu di almacenamento; è aghjunghje a tensione di cutoff bias inversa, cusì chì u currente di u cullettore cade rapidamente per riduce u tempu di sbarcu. Di sicuru, l'arrestu di u tiristori hè sempre principarmenti da a caduta di tensione di l'anodu inversu per compie l'arrestu.

Attualmente, u tiristori cunduce cù un numeru paragunabbili di ghjustu à traversu l'isolamentu di u trasformatore o optocoupler per separà l'estremità di bassa tensione è l'estremità di alta tensione, è dopu attraversu u circuitu di cunversione per guidà a cunduzzione di tiristori. Nantu à l'IGBT per l'usu attuale di più moduli di unità IGBT, ma ancu integratu IGBT, auto-mantenimentu di u sistema, autodiagnosi è altri moduli funziunali di l'IPM.

In questu documentu, per u tiristori chì usemu, cuncepisce u circuitu di guida sperimentale, è ferma a prova vera per pruvà chì pò guidà u tiristore. In quantu à l'accionamentu di IGBT, stu documentu presenta principalmente i tippi principali attuali di unità IGBT, è ancu u so circuitu di unità currispundenti, è l'unità di isolamentu optocoupler più cumunimenti utilizata per piantà l'esperimentu di simulazione.

2. Studiu di circuitu di tiristori di u tiristori in generale i cundizioni di u funziunamentu di u tiristori sò:

(1) u tiristore accetta a tensione di l'anodu inversu, indipendentemente da a porta accetta chì tipu di tensione, u tiristore hè in u statu off.

(2) Tiristore accetta a tensione di l'anodu in avanti, solu in u casu di a porta accetta una tensione pusitiva, u tiristore hè attivu.

(3) Tiristori in a cundizione di cunduzzione, solu un certu voltage anodu pusitivu, a priscinniri di a tensione di a porta, u tiristori insistia à a cunduzzione, vale à dì, dopu à a cunduzzione di tiristori, a porta hè persa. (4) tiristore in a cundizione di cunduzzione, quandu a tensione di u circuitu principale (o currente) ridutta à quasi zero, u tiristore chjusu. Scegliemu u tiristore hè TYN1025, a so tensione di resistenza hè 600V à 1000V, currente finu à 25A. ci vole chì a tensione di l'accionamentu di a porta hè di 10V à 20V, a corrente di u drive hè 4mA à 40mA. è a so corrente di mantenimentu hè 50mA, u currente di u mutore hè 90mA. l'amplitude du signal de déclenchement DSP ou CPLD aussi longtemps que 5V. Prima di tuttu, finu à chì l'amplitude di 5V in 24V, è dopu attraversu un trasformatore d'isolazione 2: 1 per cunvertisce u signale di trigger 24V in un signalu di trigger 12V, mentre compie a funzione di isolamentu di tensione superiore è bassa.

Disegnu è analisi di circuiti sperimentali

Prima di tuttu, u circuitu di spinta, per via di u circuitu di trasformatore d'isolamentu in u back stage di uMOSFETdispusitivu hà bisognu di signali di trigger 15V, cusì u bisognu di prima amplitude 5V signal di trigger in un signalu di trigger 15V, attraversu u signale MC14504 5V, cunvertitu in un signalu 15V, è dopu à traversu u CD4050 nantu à l'output di u 15V drive signal shaping, canale 2 hè cunnessu à u signale di input 5V, u canali 1 hè cunnessu à l'output Canale 2 hè cunnessu à u signale di input 5V, u canali 1 hè cunnessu à l'output di u signale di trigger 15V.

A seconda parte hè u circuitu di trasformatore d'isolamentu, a funzione principale di u circuitu hè: u signale di trigger 15V, cunvertitu in un signal di trigger 12V per attivà a parte posteriore di a cunduzzione di tiristori, è per fà u signale di trigger 15V è a distanza trà u spinu. stage.

U principiu di funziunamentu di u circuitu hè: à causa di uMOSFETIRF640 drive voltage di 15V, cusì, prima di tuttu, in J1 accessu à 15V signali d'onda quadru, à traversu u resistore R4 culligatu à u regulator 1N4746, cusì chì u voltage trigger hè stabile, ma dinù à fà u voltage trigger ùn hè troppu altu , MOSFET brusgiatu, è dopu à u MOSFET IRF640 (in fattu, questu hè un tubu di commutazione, u cuntrollu di u back end di l'apertura è chjusu, cuntrullà u back-end di u turn-on è turn-off), dopu à cuntrullà u ciculu di duty di u segnu drive, per esse capaci di cuntrullà u tempu di turn-on è turn-off di u MOSFET. Quandu u MOSFET hè apertu, equivalenti à a so terra D-pole, off quandu hè apertu, dopu à u circuitu back-end equivalenti à 24 V. È u transformatore hè attraversu u cambiamentu di tensione per fà a fine dritta di u signale di output 12 V. . L'estremità dritta di u trasformatore hè cunnessu à un ponte di rettificatore, è dopu u signale 12V hè uscita da u connector X1.

I prublemi scontri durante l'esperimentu

Prima di tuttu, quandu a putenza hè stata attivata, u fusible s'hè lampatu di colpu, è più tardi, quandu u cuntrollu di u circuitu, hè statu truvatu chì ci era un prublema cù u disignu di u circuitu iniziale. Inizialmente, per migliurà l'effettu di a so uscita di u tubu di commutazione, a terra 24V è a separazione di terra 15V, chì rende u polu G di porta di u MOSFET equivalenti à u spinu di u polu S hè sospesa, risultatu in falsi triggering. U trattamentu hè di cunnette a terra 24V è 15V inseme, è dinò per piantà l'esperimentu, u circuitu travaglia nurmale. Cunnizzione Circuit hè nurmali, ma quandu participà à u signali drive, MOSFET calori, plus signal drive per un periudu di tempu, u fusible hè colpu, è poi aghjunghje u signali di drive, u fusible hè direttamente colpu. Verificate u circuitu truvò chì u ciculu di duty high level di u segnu di u drive hè troppu grande, u risultatu in u MOSFET turn-on time hè troppu longu. U disignu di stu circuitu face quandu u MOSFET apertu, 24V aghjuntu direttamente à l'estremità di u MOSFET, è ùn aghjunghjia micca un resistore limitante di corrente, s'ellu u tempu hè troppu longu per fà a corrente hè troppu grande, danni MOSFET. u bisognu di regulà u ciclu duty di u signale ùn pò esse troppu grande, in generale in u 10% à 20% o cusì.

2.3 Verificazione di u circuitu d'accionamentu

Per verificà a fattibilità di u circuitu di u drive, l'avemu aduprà per guidà u circuitu di tiristori cunnessi in serie cù l'altri, u tiristori in serie cù l'altri è dopu anti-paralleli, accessu à u circuitu cù reattanza induttiva, l'alimentazione elettrica. hè una fonte di tensione di 380 V AC.

MOSFET in stu circuitu, u tiristore Q2, Q8 trigger signal attraversu l 'accessu G11 è G12, mentri Q5, Q11 trigger signali attraversu l 'accessu G21, G22. Prima chì u segnu di u drive hè ricevutu à u livellu di a porta di tiristori, per migliurà a capacità anti-interferenza di u tiristore, a porta di u tiristore hè cunnessu à una resistenza è un condensatore. Stu circuitu hè cunnessu à l'induttore è poi mette in u circuitu principale. Dopu à cuntrullà l'angolo di cunduzzione di u tiristori per cuntrullà u grande induttore in u tempu di u circuitu principale, i circuiti supiriori è inferiori di l'angolo di fase di a diferenza di u signale di trigger di a mità di ciculu, u G11 superiore è G12 hè un signalu di trigger in tuttu u modu. à traversu u circuit drive di u stadiu frontale di u transformer isolamentu hè isolatu da l 'àutri, u G21 bassu è G22 hè dinù isolatu da u listessu modu u signali. I dui signali di attivazione attivanu a cunduzione positiva è negativa di u circuitu di tiristori anti-paralleli, sopra à u canali 1 hè cunnessu à tutta a tensione di u circuitu di tiristori, in a cunduzzione di tiristori diventa 0, è 2, 3 canali sò cunnessi à u circuitu di tiristori su è giù. i signali di attivazione di a strada, u canali 4 hè misuratu da u flussu di tutta a corrente di tiristori.

2 canali misuranu un signalu di trigger pusitivu, attivatu sopra à a cunduzzione di tiristori, u currente hè pusitivu; U canali 3 hà misuratu un signale di trigger inversu, attivando u circuitu più bassu di a cunduzzione di tiristori, u currente hè negativu.

3.Circuit drive IGBT di u seminariu circuit drive IGBT hà parechje dumande speciale, riassuntu:

(1) caccià u ritmu di crescita è caduta di l'impulsu di tensione deve esse abbastanza grande. igbt accende, u latu di punta di a tensione di a porta ripida hè aghjuntu à a porta G è l'emettitore E trà u cancellu, per quessa, hè prestu prestu per ghjunghje à u più cortu turnu in u tempu per riduce u turnu di perdite. In l'arrestu IGBT, u circuitu di l'accionamentu di a porta duveria furnisce u bordu di sbarcu IGBT hè una tensione d'arrestu assai ripida, è à a porta IGBT G è l'emettitore E trà a tensione di polarizazione inversa appropritata, in modu chì l'arrestu rapidu IGBT, accurtà u tempu di spegnimentu, riduce. a perdita di arrestu.

(2) Dopu à a cunduzzione IGBT, a tensione di u drive è u currente furnitu da u circuitu di a porta di a porta deve esse abbastanza amplitude per a tensione è u currente di u drive IGBT, cusì chì a putenza di l'IGBT hè sempre in un statu saturatu. Overload transitori, a putenza di guida furnita da u circuitu di a porta di a porta deve esse abbastanza per assicurà chì l'IGBT ùn esce micca da a regione di saturazione è danni.

(3) U circuitu di a porta IGBT deve furnisce una tensione positiva di l'IGBT per piglià u valore appropritatu, soprattuttu in u prucessu di funziunamentu di cortu circuitu di l'equipaggiu utilizatu in l'IGBT, a tensione di u drive pusitivu deve esse sceltu à u valore minimu necessariu. L'applicazione di cambiamentu di a tensione di a porta di l'IGBT deve esse 10V ~ 15V per u megliu.

(4) U prucessu di chjusu IGBT, a tensione di preghjudiziu negativu appiicata trà u cancellu - emettitore hè favurèvule à a spegnimentu rapidu di l'IGBT, ma ùn deve esse pigliatu troppu grande, ordinariu piglià -2V à -10V.

(5) in u casu di grandi carichi induttivi, u cambiamentu troppu veloce hè dannusu, grandi carichi induttivi in ​​l'IGBT rapidu accensione è spegnimentu, pruduceranu alta frequenza è ampiezza alta è larghezza stretta di a tensione di spike Ldi / dt. , U spike ùn hè micca faciule d'assorbà, faciule di furmà danni di u dispositivu.

(6) Cum'è l'IGBT hè aduprata in i lochi d'alta tensione, cusì u circuitu di drive deve esse cù tuttu u circuitu di cuntrollu in u putenziale di isolamentu severu, l'usu ordinariu di l'isolamentu d'accoppiamentu otticu d'alta velocità o l'isolamentu di l'accoppiamentu di trasformatore.

Statu di u circuitu di cunduce

Cù u sviluppu di a tecnulugia integrata, l'attuale IGBT gate drive circuit hè soprattuttu cuntrullatu da chips integrati. U modu di cuntrollu hè sempre principalmente di trè tippi:

(1) tipu di attivazione diretta senza isolazione elettrica trà i segnali di input è output.

(2) unità di isolamentu di trasformatore trà i segnali di input è output usendu isolamentu di trasformatore di impulsi, livellu di tensione di isolamentu finu à 4000V.

Ci sò 3 avvicinamenti cum'è seguita

Approcciu passiu: l'output di u transformatore secundariu hè utilizatu per guidà direttamente l'IGBT, per via di e limitazioni di l'equalizazione volt-secondu, hè appiicatu solu à i lochi induve u ciculu di duty ùn cambia assai.

Metudu attivu: u trasformatore furnisce solu segnali isolati, in u circuitu di amplificatore plasticu secundariu per guidà IGBT, a forma d'onda di cunduce hè megliu, ma a necessità di furnisce una putenza ausiliaria separata.

Metudu d'autofurnimentu: u trasformatore di impulsi hè utilizzatu per trasmette sia l'energia di u drive sia a tecnulugia di modulazione è demodulazione à alta frequenza per a trasmissione di segnali lògichi, divisu in un approcciu d'autofurnimentu di modulazione è di tecnulugia di spartera di tempu, in quale a modulazione. -tipu di putenza self-supply à u ponte di rettificatore per generà l'alimentazione necessaria, a modulazione d'alta frequenza è a tecnulugia di demodulazione per trasmette segnali lògichi.

3. Cuntattu è diffarenza trà tiristori è IGBT drive

U circuitu di tiristori è IGBT hà una diferenza trà u centru simili. Prima di tuttu, i dui circuiti d'accionamentu sò necessarii per isolà u dispusitivu di commutazione è u circuitu di cuntrollu l'una di l'altru, per evità chì i circuiti d'alta tensione anu un impattu nantu à u circuitu di cuntrollu. Allora, i dui sò appiicati à u signale di a porta per attivà u dispusitivu di commutazione. A diferenza hè chì l'accionamentu di tiristori necessitanu un signalu di corrente, mentre chì l'IGBT precisa un signalu di tensione. Dopu à a cunduzzione di u dispusitivu di cunversione, a porta di u tiristori hà persu u cuntrollu di l'usu di u tiristori, se vulete chjude u tiristori, i terminali di tiristori anu da esse aghjuntu à a tensione inversa; è IGBT shutdown solu bisognu à esse aghjuntu à a porta di a tensione di guida negativu, per chjude l'IGBT.

4. Cunclusioni

Stu documentu hè principarmenti divisu in dui parti di a narrativa, a prima parte di a dumanda di u circuitu di tiristori per piantà a narrazione, u disignu di u circuitu di cunduce currispundenti, è u disignu di u circuitu hè appiicatu à u circuitu di tiristori pratichi, attraversu simulazione. è spirimintazzioni à pruvà a fattibilità di u circuit drive, u prucessu spirimintali scontru in l 'analisi di i prublemi firmatu è trattatu. A seconda parte di a discussione principale nantu à l'IGBT nantu à a dumanda di u circuitu di u drive, è nantu à sta basa per intruducerà più u circuitu di guida IGBT cumunimenti utilizatu, è u circuitu di unità di isolamentu optocoupler principale per piantà a simulazione è l'esperimentu, per pruvà a prova. a fattibilità di u circuitu di cunduce.