Naon prinsip sirkuit drive tina MOSFET kakuatan tinggi?

MOSFET kakuatan tinggi anu sami, pamakean sirkuit drive anu béda-béda bakal kéngingkeun ciri switching anu béda. Pamakéan kinerja alus tina sirkuit drive bisa nyieun alat switching kakuatan jalan dina kaayaan switching rélatif idéal, bari pondok waktu switching, ngurangan karugian switching, instalasi efisiensi operasi, reliabiliti jeung kaamanan anu tina significance hébat. Ku alatan éta, kaunggulan jeung kalemahan sirkuit drive langsung mangaruhan kinerja sirkuit utama, rasionalisasi desain sirkuit drive beuki penting. Thyristor ukuranana leutik, beurat hampang, efisiensi tinggi, umur panjang, gampang ngagunakeun, bisa kalayan gampang ngeureunkeun panyaarah na inverter, sarta teu bisa ngarobah struktur circuit handapeun premis ngarobah ukuran panyaarah atanapi inverter current.IGBT mangrupakeun komposit. alat tinaMOSFETsarta GTR, nu boga ciri speed switching gancang, stabilitas termal alus, kakuatan nyetir leutik tur sirkuit drive basajan, sarta boga kaunggulan tina serelek tegangan dina kaayaan leutik, tegangan tahan tinggi jeung ayeuna ditampa tinggi. IGBT salaku alat kaluaran kakuatan mainstream, utamana di tempat-kakuatan luhur, geus ilahar dipaké dina sagala rupa kategori.

Sirkuit nyetir idéal pikeun alat switching MOSFET kakuatan tinggi kedah nyumponan sarat ieu:

(1) Nalika tabung switching kakuatan dihurungkeun, sirkuit nyetir tiasa nyayogikeun arus dasar anu gancang-gancang, ku kituna aya kakuatan nyetir anu cekap nalika dihurungkeun, sahingga ngirangan leungitna péngkolan.

(2) Salila konduksi tube switching, arus dasar disadiakeun ku sirkuit supir MOSFET bisa mastikeun yén tube kakuatan dina kaayaan konduksi jenuh dina sagala kaayaan beban, mastikeun leungitna konduksi comparatively low. Pikeun ngirangan waktos neundeun, alat kedah dina kaayaan jenuh kritis sateuacan pareum.

(3) shutdown, sirkuit drive kudu nyadiakeun cukup ngabalikeun base drive pikeun gancang narik kaluar operator sésana di wewengkon basa pikeun ngurangan waktu neundeun; sarta tambahkeun tegangan cutoff bias sabalikna, supados arus collector ragrag gancang pikeun ngurangan waktu badarat. Tangtosna, shutdown of thyristor masih utamana ku turunna tegangan anoda sabalikna pikeun ngalengkepan shutdown nu.

Ayeuna, thyristor drive kalawan jumlah comparable ngan ngaliwatan trafo atawa isolasi optocoupler pikeun misahkeun tungtung tegangan lemah sareng tungtung tegangan tinggi, lajeng ngaliwatan sirkuit konversi ngajalankeun konduksi thyristor. Dina IGBT pikeun pamakéan ayeuna leuwih modul drive IGBT, tapi ogé terpadu IGBT, sistem timer pangropéa, timer diagnosis sarta modul fungsi séjén tina IPM.

Dina makalah ieu, pikeun thyristor anu kami anggo, mendesain sirkuit drive ékspérimén, sareng ngeureunkeun tés nyata pikeun ngabuktikeun yén éta tiasa nyetir thyristor. Sedengkeun pikeun drive of IGBT, makalah ieu utamana ngenalkeun jenis utama ayeuna IGBT drive, kitu ogé sirkuit drive saluyu maranéhna, jeung drive isolasi optocoupler paling ilahar dipake pikeun ngeureunkeun percobaan simulasi.

2. Studi sirkuit drive Thyristor sacara umum kaayaan operasi thyristor nyaéta:

(1) thyristor narima tegangan anoda sabalikna, paduli gerbang narima tegangan naon, thyristor dina kaayaan pareum.

(2) Thyristor narima tegangan anoda maju, ngan dina kasus gerbang narima tegangan positif thyristor hurung.

(3) Thyristor dina kaayaan konduksi, ngan hiji tegangan anoda positif tangtu, paduli tegangan Gerbang, thyristor nu keukeuh konduksi, nyaeta, sanggeus konduksi thyristor, gerbang leungit. (4) thyristor dina kaayaan konduksi, nalika tegangan circuit utama (atawa ayeuna) diréduksi jadi deukeut enol, thyristor shutdown. Kami milih thyristor nyaéta TYN1025, tegangan tahan na nyaéta 600V ka 1000V, ayeuna dugi ka 25A. merlukeun tegangan Gerbang drive nyaeta 10V mun 20V, drive ayeuna nyaeta 4mA mun 40mA. sareng arus pangropéana nyaéta 50mA, arus mesin 90mA. boh DSP atanapi CPLD pemicu amplitudo sinyal salami 5V. Anu mimiti, salami amplitudo 5V kana 24V, lajeng ngaliwatan trafo isolasi 2:1 pikeun ngarobah sinyal pemicu 24V kana sinyal pemicu 12V, bari ngalengkepan fungsi isolasi tegangan luhur jeung handap.

Desain sirkuit ékspérimén sareng analisis

Anu mimiti, sirkuit dorongan, alatan sirkuit trafo isolasi dina tahap tukangMOSFETalat perlu sinyal pemicu 15V, jadi kudu mimiti amplitudo sinyal pemicu 5V kana sinyal pemicu 15V, ngaliwatan sinyal MC14504 5V, dirobah jadi sinyal 15V, lajeng ngaliwatan CD4050 dina kaluaran tina 15V drive sinyal shaping, channel 2 disambungkeun ka sinyal input 5V, channel 1 disambungkeun ka kaluaran Channel 2 disambungkeun ka sinyal input 5V, saluran 1 disambungkeun ka kaluaran sinyal pemicu 15V.

Bagian kadua nyaéta sirkuit trafo isolasi, fungsi utama sirkuit nyaéta: sinyal pemicu 15V, dirobah jadi sinyal pemicu 12V pikeun memicu balik konduksi thyristor, sareng ngalakukeun sinyal pemicu 15V sareng jarak antara tonggong. panggung.

Prinsip kerja sirkuit nyaéta: alatan étaMOSFETIRF640 tegangan drive of 15V, jadi, mimiti sagala, dina J1 aksés ka 15V sinyal gelombang pasagi, ngaliwatan résistor R4 disambungkeun ka regulator 1N4746, jadi tegangan pemicu stabil, tapi ogé nyieun tegangan pemicu henteu teuing tinggi. , dibeuleum MOSFET, lajeng ka MOSFET IRF640 (kanyataanna, ieu téh tube switching, kadali tungtung deui tina lawang jeung nutup. Kontrol. tungtung deui péngkolan-on-on-off), sanggeus ngadalikeun siklus tugas sinyal drive, pikeun bisa ngadalikeun péngkolan-on jeung mareuman waktos MOSFET. Nalika MOSFET dibuka, sarua jeung taneuh D-kutub na, pareum lamun dibuka, sanggeus sirkuit tukang-tungtung sarua jeung 24 V. Jeung trafo ngaliwatan parobahan tegangan nyieun tungtung katuhu sinyal kaluaran 12 V. . Tungtung katuhu trafo disambungkeun ka sasak panyaarah, lajeng sinyal 12V kaluaran ti konektor X1.

Masalah anu disanghareupan nalika percobaan

Anu mimiti, nalika kakuatan dihurungkeun, sekering ujug-ujug blew, sarta engké nalika mariksa sirkuit, éta kapanggih yén aya masalah jeung desain sirkuit awal. Dina awalna, dina raraga hadé pangaruh kaluaran tube switching na, 24V taneuh jeung 15V separation taneuh, nu ngajadikeun MOSFET urang Gerbang G kutub sarimbag jeung tukangeun kutub S ditunda, hasilna triggering palsu. Perlakuan nyaéta pikeun nyambungkeun taneuh 24V jeung 15V babarengan, jeung deui pikeun ngeureunkeun percobaan, sirkuit jalan normal. Sambungan sirkuit téh normal, tapi lamun ilubiung dina sinyal drive, MOSFET panas, tambah sinyal drive pikeun periode waktu, sekering ditiup, lajeng nambahkeun sinyal drive, sekering langsung ditiup. Pariksa sirkuit kapanggih yén siklus tugas tingkat luhur sinyal drive badag teuing, hasilna MOSFET péngkolan-on waktos panjang teuing. Desain sirkuit ieu ngajadikeun nalika MOSFET kabuka, 24V ditambahkeun langsung ka tungtung MOSFET, sarta teu nambahan hiji résistor ngawatesan ayeuna, lamun on-waktu panjang teuing nyieun ayeuna badag teuing, karuksakan MOSFET, kabutuhan pikeun ngatur siklus tugas sinyal teu bisa badag teuing, umumna dina 10% nepi ka 20% atawa leuwih.

2.3 Verifikasi sirkuit drive

Dina raraga pariksa feasibility tina sirkuit drive, kami nganggo éta pikeun ngajalankeun sirkuit thyristor disambungkeun dina séri saling, thyristor dina séri saling lajeng anti paralel, aksés ka sirkuit kalawan réaktansi induktif, catu daya. nyaeta 380V AC sumber tegangan.

MOSFET dina sirkuit ieu, thyristor Q2, Q8 micu sinyal ngaliwatan G11 na G12 aksés, bari Q5, Q11 micu sinyal ngaliwatan G21, aksés G22. Sateuacan sinyal drive ditampi ka tingkat gerbang thyristor, pikeun ningkatkeun kamampuan anti gangguan thyristor, gerbang thyristor disambungkeun ka résistor sareng kapasitor. sirkuit ieu disambungkeun ka induktor lajeng nempatkeun kana sirkuit utama. Saatos ngadalikeun sudut konduksi tina thyristor pikeun ngadalikeun induktor badag kana waktu sirkuit utama, luhur jeung handap sirkuit tina sudut fase tina bédana sinyal pemicu satengah siklus, luhur G11 na G12 mangrupakeun sinyal pemicu sagala jalan. ngaliwatan sirkuit drive tahap hareup tina trafo isolasi diisolasi tina silih, handap G21 na G22 ogé terasing tina cara nu sarua sinyal. Dua sinyal pemicu memicu sirkuit thyristor anti paralel konduksi positif jeung negatif, luhureun 1 channel disambungkeun ka sakabéh tegangan sirkuit thyristor, dina konduksi thyristor janten 0, sarta 2, 3 channel disambungkeun ka sirkuit thyristor luhur jeung ka handap. Sinyal pemicu jalan, saluran 4 diukur ku aliran sadaya arus thyristor.

2 channel diukur sinyal pemicu positif, dipicu luhur konduksi thyristor, ayeuna positif; 3 channel diukur sinyal pemicu sabalikna, triggering circuit handap konduksi thyristor, ayeuna négatip.

3.IGBT sirkuit drive seminar IGBT sirkuit drive boga loba requests husus, diringkeskeun:

(1) ngajalankeun laju naékna turunna tegangan pulsa kedah cukup badag. igbt ngahurungkeun, ujung ngarah tina tegangan Gerbang lungkawing ditambahkeun kana Gerbang G sarta emitter E antara Gerbang, meh gancang dihurungkeun pikeun ngahontal péngkolan shortest on waktos ngurangan péngkolan on karugian. Dina shutdown IGBT, sirkuit Gerbang drive kudu nyadiakeun ujung badarat IGBT tegangan shutdown pisan lungkawing, jeung ka IGBT Gerbang G jeung emitter E antara tegangan bias sabalikna luyu, supados IGBT shutdown gancang, shorten waktu shutdown, ngurangan leungitna shutdown.

(2) Saatos konduksi IGBT, tegangan drive jeung arus disadiakeun ku circuit drive Gerbang kedah amplitudo cukup pikeun tegangan drive IGBT jeung ayeuna, ku kituna kaluaran kakuatan tina IGBT salawasna dina kaayaan jenuh. Overload sementara, kakuatan nyetir anu disayogikeun ku sirkuit drive gerbang kedah cekap pikeun mastikeun yén IGBT henteu kaluar tina daérah jenuh sareng karusakan.

(3) IGBT Gerbang drive circuit kedah nyadiakeun IGBT tegangan drive positif pikeun nyokot nilai luyu, utamana dina prosés operasi pondok-circuit tina parabot dipaké dina IGBT, tegangan drive positif kudu dipilih ka nilai minimum diperlukeun. Ngalihkeun aplikasi tegangan gerbang IGBT kedah 10V ~ 15V kanggo anu pangsaéna.

(4) prosés shutdown IGBT, tegangan bias négatip dilarapkeun antara Gerbang - emitter nyaeta kondusif pikeun shutdown gancang tina IGBT, tapi teu kudu dicokot badag teuing, biasa nyokot -2V mun -10V.

(5) dina kasus beban induktif badag, switching teuing gancang ngabahayakeun, beban induktif badag dina IGBT gancang péngkolan-on-on-off, bakal ngahasilkeun frékuénsi luhur sarta amplitudo tinggi na rubak sempit spike tegangan Ldi / dt. , spike henteu gampang nyerep, gampang ngabentuk karusakan alat.

(6) Salaku IGBT dipaké di tempat-tegangan tinggi, jadi sirkuit drive kudu mibanda sakabéh sirkuit kontrol dina potensi isolasi parna, pamakéan biasa tina-speed tinggi isolasi gandeng optik atawa trafo gandeng isolasi.

Status sirkuit drive

Kalayan ngembangkeun téknologi terpadu, sirkuit drive gerbang IGBT ayeuna lolobana dikawasa ku chip terpadu. Modeu kontrol masih utamana tilu rupa:

(1) tipe pemicu langsung teu aya isolasi listrik antara sinyal input jeung kaluaran.

(2) trafo isolasi drive antara input jeung kaluaran sinyal ngagunakeun pulsa trafo isolasi, tingkat tegangan isolasi nepi ka 4000V.

Aya 3 pendekatan saperti ieu di handap

Pendekatan pasip: kaluaran tina trafo sekundér dipaké pikeun langsung ngajalankeun IGBT, alatan keterbatasan equalization volt-detik, éta ngan lumaku pikeun tempat dimana siklus tugas teu robah teuing.

Métode aktip: trafo ngan nyadiakeun sinyal terasing, dina sirkuit panguat plastik sekundér pikeun ngajalankeun IGBT, ngajalankeun gelombang hadé, tapi kudu nyadiakeun kakuatan bantu misah.

Métode suplai diri: trafo pulsa dipaké pikeun ngirimkeun duanana énergi drive sareng modulasi frekuensi tinggi sareng téknologi demodulasi pikeun pangiriman sinyal logika, dibagi kana pendekatan suplai diri tipe modulasi sareng suplai diri téknologi babagi waktos, dimana modulasi -ketik kakuatan suplai diri kana sasak panyaarah pikeun ngahasilkeun catu daya anu diperyogikeun, modulasi frekuensi tinggi sareng téknologi demodulasi pikeun ngirimkeun sinyal logika.

3. Kontak jeung bédana antara thyristor na IGBT drive

Sirkuit drive Thyristor sareng IGBT gaduh bédana antara pusat anu sami. Anu mimiti, dua sirkuit drive diwajibkeun pikeun ngasingkeun alat switching jeung sirkuit kontrol ti silih, ku kituna ulah sirkuit tegangan tinggi boga dampak dina sirkuit kontrol. Lajeng, duanana dilarapkeun kana sinyal drive Gerbang pikeun memicu alat switching on. Bédana nyaéta yén drive thyristor butuh sinyal ayeuna, sedengkeun IGBT butuh sinyal tegangan. Saatos konduksi alat switching, gerbang thyristor geus leungit kontrol pamakéan thyristor nu, upami Anjeun hoyong mareuman thyristor nu, terminal thyristor kudu ditambahkeun kana tegangan sabalikna; sarta IGBT shutdown ngan perlu ditambahkeun kana Gerbang tina tegangan nyetir négatip, pikeun mareuman IGBT.

4. Kacindekan

Makalah ieu utamana dibagi jadi dua bagian naratif, bagian kahiji tina thyristor drive circuit menta pikeun ngeureunkeun naratif, desain sirkuit drive pakait, sarta desain sirkuit dilarapkeun ka sirkuit thyristor praktis, ngaliwatan simulasi. sarta experimentation ngabuktikeun feasibility tina sirkuit drive, prosés ékspérimén encountered dina analisis masalah dieureunkeun sarta diurus. Bagian kadua sawala utama dina IGBT dina pamundut sirkuit drive, sarta dina dasar ieu salajengna ngawanohkeun ayeuna ilahar dipaké IGBT drive circuit, sarta utama optocoupler isolasi drive circuit eureun simulasi jeung percobaan, pikeun ngabuktikeun feasibility tina sirkuit drive.