اصل مدار درایو یک ماسفت پرقدرت چیست؟

همان ماسفت پرقدرت، استفاده از مدارهای درایو مختلف ویژگی های سوئیچینگ متفاوتی را دریافت می کند. استفاده از عملکرد خوب مدار درایو می تواند باعث شود دستگاه سوئیچینگ برق در وضعیت سوئیچینگ نسبتا ایده آل کار کند، در حالی که کوتاه شدن زمان سوئیچینگ، کاهش تلفات سوئیچینگ، نصب راندمان عملیاتی، قابلیت اطمینان و ایمنی از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین، مزایا و معایب مدار درایو به طور مستقیم بر عملکرد مدار اصلی تأثیر می گذارد، منطقی کردن طراحی مدار درایو به طور فزاینده ای مهم است. تریستور اندازه کوچک، وزن سبک، راندمان بالا، عمر طولانی، استفاده آسان، می تواند به راحتی یکسو کننده و اینورتر را متوقف کند و نمی تواند ساختار مدار را تحت فرض تغییر اندازه یکسو کننده یا جریان اینورتر تغییر دهد. IGBT یک کامپوزیت است. دستگاه ازماسفتو GTR که دارای ویژگی های سرعت سوئیچینگ سریع، پایداری حرارتی خوب، قدرت محرکه کوچک و مدار درایو ساده است و دارای مزایای افت ولتاژ کم در حالت، ولتاژ مقاومت بالا و جریان پذیرش بالا است. IGBT به عنوان یک دستگاه اصلی خروجی برق، به ویژه در مکان های پرقدرت، معمولاً در دسته های مختلف استفاده می شود.

 

مدار رانندگی ایده آل برای دستگاه های سوئیچینگ ماسفت پرقدرت باید شرایط زیر را برآورده کند:

(1) هنگامی که لوله سوئیچینگ برق روشن می شود، مدار محرک می تواند جریان پایه با افزایش سریع را فراهم کند، به طوری که هنگام روشن شدن آن، قدرت محرکه کافی وجود داشته باشد، بنابراین تلفات روشن شدن کاهش می یابد.

(2) در طول هدایت لوله سوئیچینگ، جریان پایه ارائه شده توسط مدار درایور MOSFET می تواند اطمینان حاصل کند که لوله برق تحت هر شرایط باری در حالت هدایت اشباع قرار دارد و از اتلاف رسانایی نسبتاً کم اطمینان حاصل می کند. به منظور کاهش زمان ذخیره سازی، دستگاه باید قبل از خاموش شدن در حالت اشباع بحرانی باشد.

(3) خاموش شدن، مدار درایو باید درایو پایه معکوس کافی را فراهم کند تا به سرعت حامل های باقیمانده در ناحیه پایه را بیرون بکشد تا زمان ذخیره سازی کاهش یابد. و ولتاژ قطع بایاس معکوس را اضافه کنید تا جریان کلکتور به سرعت کاهش یابد تا زمان فرود کاهش یابد. البته خاموش شدن تریستور همچنان عمدتاً با افت ولتاژ آند معکوس برای تکمیل خاموش شدن است.

در حال حاضر، تریستور درایو با تعداد قابل مقایسه فقط از طریق ترانسفورماتور یا انزوا کوپلر برای جدا کردن پایان ولتاژ پایین و پایان ولتاژ بالا، و سپس از طریق مدار تبدیل به درایو هدایت تریستور. در IGBT برای استفاده فعلی از ماژول درایو IGBT بیشتر، بلکه یکپارچه IGBT، سیستم خود نگهداری، خود تشخیصی و سایر ماژول های کاربردی IPM.

در این مقاله، برای تریستور که استفاده می کنیم، مدار محرک آزمایشی را طراحی کرده و آزمایش واقعی را متوقف می کنیم تا ثابت کنیم که می تواند تریستور را به حرکت درآورد. در مورد درایو IGBT، این مقاله عمدتاً انواع اصلی درایو IGBT و همچنین مدار درایو مربوط به آنها و رایج‌ترین درایو جداسازی اپتوکوپلر برای توقف آزمایش شبیه‌سازی را معرفی می‌کند.

 

2. مطالعه مدار محرک تریستور به طور کلی شرایط عملکرد تریستور عبارتند از:

(1) تریستور ولتاژ آند معکوس را می پذیرد، صرف نظر از اینکه گیت چه نوع ولتاژی را می پذیرد، تریستور در حالت خاموش است.

(2) تریستور ولتاژ آند رو به جلو را می پذیرد، فقط در صورتی که دروازه ولتاژ مثبت را بپذیرد تریستور روشن است.

(3) تریستور در شرایط هدایت، فقط یک ولتاژ آند مثبت خاص، صرف نظر از ولتاژ دروازه، تریستور اصرار بر رسانایی داشت، یعنی پس از هدایت تریستور، دروازه از بین می رود. (4) تریستور در شرایط هدایت، زمانی که ولتاژ مدار اصلی (یا جریان) به نزدیک صفر کاهش می یابد، تریستور خاموش می شود. ما تریستور را انتخاب می کنیم TYN1025، ولتاژ مقاومت آن 600 ولت تا 1000 ولت، جریان تا 25 آمپر است. نیاز به ولتاژ درایو گیت 10 ولت تا 20 ولت، جریان درایو 4 میلی آمپر تا 40 میلی آمپر است. و جریان تعمیر و نگهداری آن 50 میلی آمپر است، جریان موتور 90 میلی آمپر است. دامنه سیگنال ماشه DSP یا CPLD تا 5 ولت. اول از همه، تا زمانی که دامنه 5 ولت به 24 ولت، و سپس از طریق یک ترانسفورماتور جداسازی 2: 1 برای تبدیل سیگنال ماشه 24 ولت به سیگنال ماشه 12 ولت، در حالی که عملکرد عایق ولتاژ بالا و پایین را تکمیل می کند.

طراحی و تحلیل مدارهای تجربی

اول از همه، مدار تقویت، با توجه به مدار ترانسفورماتور ایزوله در مرحله پشتیماسفتدستگاه به سیگنال ماشه 15 ولتی نیاز دارد، بنابراین نیاز به افزایش دامنه سیگنال ماشه 5 ولت به سیگنال ماشه 15 ولت، از طریق سیگنال 5 ولت MC14504، تبدیل به سیگنال 15 ولت، و سپس از طریق CD4050 در خروجی شکل دهی سیگنال درایو 15 ولت، کانال 2 است. به سیگنال ورودی 5 ولت وصل می شود، کانال 1 به خروجی وصل می شود کانال 2 به سیگنال ورودی 5 ولت وصل می شود، کانال 1 به خروجی سیگنال ماشه 15 ولت وصل می شود.

قسمت دوم مدار ترانسفورماتور ایزولاسیون است، عملکرد اصلی مدار این است: سیگنال ماشه 15 ولت، تبدیل به سیگنال ماشه 12 ولت برای راه اندازی پشت هدایت تریستور و انجام سیگنال ماشه 15 ولت و فاصله بین پشت. مرحله

 

اصل کار مدار این است: به دلیلماسفتولتاژ درایو IRF640 15 ولت، بنابراین، اول از همه، در J1 دسترسی به سیگنال موج مربعی 15 ولت، از طریق مقاومت R4 متصل به رگولاتور 1N4746، به طوری که ولتاژ ماشه پایدار است، بلکه باعث می شود ولتاژ ماشه خیلی بالا نباشد. ، ماسفت را سوزاند و سپس به ماسفت IRF640 (در واقع این یک لوله سوئیچینگ است، کنترل انتهای پشتی باز و بسته می شود. انتهای پشتی روشن و خاموش را کنترل کنید)، پس از کنترل چرخه وظیفه سیگنال درایو، تا بتوان زمان روشن و خاموش شدن ماسفت را کنترل کرد. هنگامی که ماسفت باز است، معادل زمین قطب D آن، هنگامی که باز است، پس از مدار پشتی معادل 24 ولت، خاموش است. و ترانسفورماتور در حال تغییر ولتاژ است تا انتهای سمت راست سیگنال خروجی 12 ولت را ایجاد کند. . انتهای سمت راست ترانسفورماتور به یک پل یکسو کننده متصل می شود و سپس سیگنال 12 ولت از کانکتور X1 خروجی می شود.

مشکلاتی که در طول آزمایش به وجود آمد

اول از همه وقتی برق روشن شد ناگهان فیوز منفجر شد و بعداً هنگام بررسی مدار مشخص شد که طراحی اولیه مدار مشکل دارد. در ابتدا، برای تأثیر بهتر خروجی لوله سوئیچینگ آن، جداسازی زمین 24 ولت و زمین 15 ولت، که باعث می‌شود قطب G گیت ماسفت معادل پشت قطب S شود، معلق می‌شود و در نتیجه باعث تحریک اشتباه می‌شود. درمان این است که زمین 24 ولت و 15 ولت را به یکدیگر متصل کنید و دوباره برای متوقف کردن آزمایش، مدار به طور عادی کار می کند. اتصال مدار طبیعی است، اما هنگام شرکت در سیگنال درایو، حرارت ماسفت، به علاوه سیگنال درایو برای یک دوره زمانی، فیوز منفجر می شود، و سپس سیگنال درایو را اضافه کنید، فیوز مستقیماً منفجر می شود. مدار را بررسی کنید که مشخص شده است که چرخه وظیفه سطح بالای سیگنال درایو بسیار زیاد است و در نتیجه زمان روشن شدن ماسفت بسیار طولانی است. طراحی این مدار باعث می شود زمانی که ماسفت باز است، 24 ولت مستقیماً به انتهای ماسفت اضافه می شود و مقاومت محدود کننده جریان اضافه نمی شود، اگر زمان روشن برای ایجاد جریان خیلی زیاد باشد، آسیب ماسفت، نیاز به تنظیم چرخه وظیفه سیگنال نمی تواند خیلی زیاد باشد، به طور کلی در 10٪ تا 20٪ یا بیشتر.

2.3 بررسی مدار درایو

به منظور بررسی امکان سنجی مدار درایو، از آن برای راه اندازی مدار تریستور متصل به صورت سری با یکدیگر، تریستور به صورت سری با یکدیگر و سپس ضد موازی، دسترسی به مدار با راکتانس القایی، منبع تغذیه استفاده می کنیم. منبع ولتاژ AC 380 ولت است.

ماسفت در این مدار، تریستور Q2، Q8 سیگنال را از طریق دسترسی G11 و G12 آغاز می کند، در حالی که Q5، Q11 سیگنال را از طریق دسترسی G21، G22 راه اندازی می کند. قبل از دریافت سیگنال درایو به سطح دروازه تریستور، به منظور بهبود توانایی ضد تداخل تریستور، گیت تریستور به مقاومت و خازن متصل می شود. این مدار به سلف متصل می شود و سپس وارد مدار اصلی می شود. پس از کنترل زاویه هدایت تریستور برای کنترل سلف بزرگ به زمان مدار اصلی، مدارهای بالایی و پایینی زاویه فاز سیگنال ماشه نیم چرخه، G11 و G12 بالایی یک سیگنال ماشه در تمام طول است. از طریق مدار درایو مرحله جلویی ترانسفورماتور ایزوله از یکدیگر جدا می شود، G21 پایین تر و G22 نیز از همان راه سیگنال جدا می شوند. دو سیگنال ماشه مدار ضد موازی تریستور هدایت مثبت و منفی را راه اندازی می کنند، بالای کانال 1 به کل ولتاژ مدار تریستور وصل می شود، در رسانایی تریستور 0 می شود و کانال 2، 3 به مدار تریستور بالا و پایین متصل می شود. سیگنال های ماشه جاده، 4 کانال با جریان کل جریان تریستور اندازه گیری می شود.

2 کانال یک سیگنال ماشه مثبت را اندازه گیری کرد، در بالای هدایت تریستور ایجاد شد، جریان مثبت است. 3 کانال سیگنال ماشه معکوس را اندازه گیری می کند، مدار پایین تر هدایت تریستور را تحریک می کند، جریان منفی است.

 

3. مدار درایو IGBT سمینار مدار درایو IGBT درخواست های ویژه زیادی دارد که به طور خلاصه:

(1) سرعت افزایش و کاهش پالس ولتاژ باید به اندازه کافی بزرگ باشد. igbt روشن می شود، لبه جلویی ولتاژ دروازه شیب دار به گیت G و امیتر E بین دروازه اضافه می شود، به طوری که برای کاهش تلفات روشن شدن به سرعت روشن می شود تا به کوتاه ترین زمان روشن شدن برسد. در خاموش کردن IGBT، مدار درایو گیت باید ارائه دهد که لبه فرود IGBT ولتاژ خاموش شدن بسیار تند است و به دروازه IGBT G و امیتر E بین ولتاژ بایاس معکوس مناسب، به طوری که خاموش شدن سریع IGBT، زمان خاموش شدن را کوتاه کند، کاهش دهد. ضرر خاموش شدن

(2) پس از هدایت IGBT، ولتاژ و جریان درایو ارائه شده توسط مدار درایو گیت باید دامنه کافی برای ولتاژ و جریان درایو IGBT باشد، به طوری که توان خروجی IGBT همیشه در حالت اشباع باشد. اضافه بار گذرا، توان محرک ارائه شده توسط مدار درایو گیت باید برای اطمینان از عدم خروج IGBT از ناحیه اشباع و آسیب کافی باشد.

(3) مدار درایو گیت IGBT باید ولتاژ درایو مثبت IGBT را برای گرفتن مقدار مناسب فراهم کند، به خصوص در فرآیند اتصال کوتاه تجهیزات مورد استفاده در IGBT، ولتاژ درایو مثبت باید به حداقل مقدار مورد نیاز انتخاب شود. کاربرد سوئیچینگ ولتاژ گیت IGBT برای بهترین حالت باید 10 ولت تا 15 ولت باشد.

(4) فرآیند خاموش کردن IGBT، ولتاژ بایاس منفی اعمال شده بین گیت - امیتر منجر به خاموش شدن سریع IGBT می شود، اما نباید بیش از حد بزرگ، معمولی -2V تا -10V گرفته شود.

(5) در مورد بارهای القایی بزرگ، سوئیچینگ خیلی سریع مضر است، بارهای القایی بزرگ در روشن و خاموش کردن سریع IGBT، فرکانس بالا و دامنه بالا و عرض باریک ولتاژ سنبله Ldi / dt تولید می کند. ، سنبله آسان برای جذب نیست، آسان به شکل آسیب دستگاه.

(6) همانطور که IGBT در مکان های ولتاژ بالا استفاده می شود، بنابراین مدار درایو باید با کل مدار کنترل در پتانسیل انزوا شدید، استفاده معمولی از جداسازی کوپلینگ نوری با سرعت بالا یا جداسازی جفت ترانسفورماتور باشد.

 

وضعیت مدار درایو

با توسعه فناوری یکپارچه، مدار درایو گیت فعلی IGBT بیشتر توسط تراشه های یکپارچه کنترل می شود. حالت کنترل هنوز عمدتاً سه نوع است:

(1) نوع تحریک مستقیم بدون ایزوله الکتریکی بین سیگنال های ورودی و خروجی.

(2) درایو جداسازی ترانسفورماتور بین سیگنال های ورودی و خروجی با استفاده از جداسازی ترانسفورماتور پالس، سطح ولتاژ جداسازی تا 4000 ولت.

 

3 رویکرد به شرح زیر وجود دارد

رویکرد غیرفعال: خروجی ترانسفورماتور ثانویه برای هدایت مستقیم IGBT استفاده می شود، با توجه به محدودیت های تساوی ولت-ثانیه، فقط برای مکان هایی قابل استفاده است که چرخه وظیفه تغییر زیادی نمی کند.

روش فعال: ترانسفورماتور تنها سیگنال های جدا شده را ارائه می دهد، در مدار تقویت کننده پلاستیکی ثانویه برای درایو IGBT، شکل موج درایو بهتر است، اما نیاز به ارائه توان کمکی جداگانه دارد.

روش تامین خود: ترانسفورماتور پالس برای انتقال انرژی درایو و مدولاسیون فرکانس بالا و فن آوری دمدولاسیون برای انتقال سیگنال های منطقی استفاده می شود، که به رویکرد خود تامین از نوع مدولاسیون و فناوری اشتراک زمانی تقسیم می شود که در آن مدولاسیون تقسیم می شود. برای تولید منبع تغذیه مورد نیاز، مدولاسیون فرکانس بالا و فن آوری دمدولاسیون برای انتقال سیگنال های منطقی، از نوع تغذیه خود به پل یکسو کننده استفاده کنید.

 

3. تماس و تفاوت بین تریستور و درایو IGBT

مدار درایو تریستور و IGBT بین مرکز مشابه تفاوت دارند. اول از همه، دو مدار محرک لازم است که دستگاه سوئیچینگ و مدار کنترل را از یکدیگر جدا کنند تا از تاثیر مدارهای ولتاژ بالا بر مدار کنترل جلوگیری شود. سپس، هر دو به سیگنال درایو گیت اعمال می شوند تا دستگاه سوئیچینگ را روشن کند. تفاوت این است که درایو تریستور به سیگنال جریان نیاز دارد، در حالی که IGBT به سیگنال ولتاژ نیاز دارد. پس از هدایت دستگاه سوئیچینگ، دروازه تریستور کنترل استفاده از تریستور را از دست داده است، اگر می خواهید تریستور را خاموش کنید، پایانه های تریستور باید به ولتاژ معکوس اضافه شوند. و خاموش شدن IGBT فقط باید به گیت ولتاژ رانندگی منفی اضافه شود تا IGBT خاموش شود.

 

4. نتیجه گیری

این مقاله عمدتاً به دو بخش روایت تقسیم می‌شود، بخش اول درخواست مدار درایو تریستور برای توقف روایت، طراحی مدار درایو مربوطه، و طراحی مدار از طریق شبیه‌سازی به مدار عملی تریستور اعمال می‌شود. و آزمایش برای اثبات امکان سنجی مدار درایو، فرآیند آزمایشی مواجه شده در تجزیه و تحلیل مشکلات متوقف شد و با آن برخورد شد. بخش دوم بحث اصلی در مورد IGBT به درخواست مدار درایو و بر این اساس برای معرفی بیشتر جریان رایج مدار درایو IGBT و مدار درایو جداسازی اپتوکوپلر اصلی برای توقف شبیه سازی و آزمایش، برای اثبات امکان سنجی مدار درایو