Lo stesso MOSFET ad alta potenza, l'uso di diversi circuiti di pilotaggio otterrà caratteristiche di commutazione diverse. L'uso di buone prestazioni del circuito di azionamento può far funzionare il dispositivo di commutazione di potenza in uno stato di commutazione relativamente ideale, riducendo al tempo stesso il tempo di commutazione, riducendo le perdite di commutazione, l'installazione dell'efficienza operativa, l'affidabilità e la sicurezza sono di grande importanza. Pertanto, i vantaggi e gli svantaggi del circuito di azionamento influiscono direttamente sulle prestazioni del circuito principale, la razionalizzazione del design del circuito di azionamento è sempre più importante. Il tiristore è di piccole dimensioni, leggero, ad alta efficienza, di lunga durata, facile da usare, può facilmente arrestare il raddrizzatore e l'inverter e non può modificare la struttura del circuito con la premessa di modificare le dimensioni della corrente del raddrizzatore o dell'inverter. IGBT è un composito dispositivo diMOSFETe GTR, che ha le caratteristiche di elevata velocità di commutazione, buona stabilità termica, piccola potenza di pilotaggio e circuito di pilotaggio semplice, e presenta i vantaggi di una piccola caduta di tensione nello stato attivo, di un'elevata tensione di resistenza e di un'elevata corrente di accettazione. L'IGBT come dispositivo di uscita di potenza tradizionale, soprattutto in luoghi ad alta potenza, è stato comunemente utilizzato in varie categorie.
Il circuito di pilotaggio ideale per i dispositivi di commutazione MOSFET ad alta potenza dovrebbe soddisfare i seguenti requisiti:
(1) Quando il tubo di commutazione dell'alimentazione è acceso, il circuito di pilotaggio può fornire una corrente di base in rapido aumento, in modo che ci sia abbastanza potenza di pilotaggio quando è acceso, riducendo così la perdita di accensione.
(2) Durante la conduzione del tubo di commutazione, la corrente di base fornita dal circuito di pilotaggio del MOSFET può garantire che il tubo di potenza sia in stato di conduzione saturato in qualsiasi condizione di carico, garantendo una perdita di conduzione relativamente bassa. Per ridurre il tempo di conservazione, il dispositivo dovrebbe trovarsi in uno stato di saturazione critico prima dello spegnimento.
(3) arresto, il circuito di azionamento dovrebbe fornire un azionamento di base inverso sufficiente per estrarre rapidamente i portatori rimanenti nella regione di base per ridurre il tempo di conservazione; e aggiungere la tensione di interruzione della polarizzazione inversa, in modo che la corrente del collettore scenda rapidamente per ridurre il tempo di atterraggio. Naturalmente, lo spegnimento del tiristore avviene ancora principalmente attraverso la caduta di tensione inversa dell'anodo per completare lo spegnimento.
Attualmente, il tiristore guida con un numero paragonabile di solo attraverso l'isolamento del trasformatore o del fotoaccoppiatore per separare l'estremità di bassa tensione e l'estremità di alta tensione, quindi attraverso il circuito di conversione per pilotare la conduzione del tiristore. Sull'IGBT per l'uso attuale di più moduli di azionamento IGBT, ma anche IGBT integrati, automanutenzione del sistema, autodiagnosi e altri moduli funzionali dell'IPM.
In questo articolo, per il tiristore che utilizziamo, progettiamo un circuito di comando sperimentale e interrompiamo il test reale per dimostrare che può pilotare il tiristore. Per quanto riguarda l'azionamento degli IGBT, questo documento introduce principalmente gli attuali tipi principali di azionamenti IGBT, nonché il relativo circuito di azionamento e l'azionamento di isolamento del fotoaccoppiatore più comunemente utilizzato per interrompere l'esperimento di simulazione.
2. Studio del circuito di azionamento del tiristore in generale, le condizioni operative del tiristore sono:
(1) il tiristore accetta la tensione anodica inversa, indipendentemente dal tipo di tensione accettata dal gate, il tiristore è spento.
(2) Il tiristore accetta la tensione anodica diretta, solo nel caso in cui il gate accetta una tensione positiva il tiristore è acceso.
(3) Tiristore in condizione di conduzione, solo una certa tensione anodica positiva, indipendentemente dalla tensione di gate, il tiristore insiste sulla conduzione, cioè dopo la conduzione del tiristore, il gate viene perso. (4) tiristore in condizione di conduzione, quando la tensione (o corrente) del circuito principale si riduce quasi a zero, il tiristore si spegne. Scegliamo il tiristore TYN1025, la sua tensione di resistenza è compresa tra 600 V e 1000 V, corrente fino a 25 A. richiede che la tensione di comando del gate sia compresa tra 10 V e 20 V, la corrente di comando sia compresa tra 4 mA e 40 mA. e la sua corrente di mantenimento è 50 mA, la corrente del motore è 90 mA. ampiezza del segnale di trigger DSP o CPLD fino a 5 V. Innanzitutto, purché l'ampiezza di 5 V in 24 V, quindi attraverso un trasformatore di isolamento 2:1 per convertire il segnale di trigger da 24 V in un segnale di trigger da 12 V, completando la funzione di isolamento della tensione superiore e inferiore.
Progettazione e analisi di circuiti sperimentali
Innanzitutto il circuito boost, dovuto al circuito del trasformatore di isolamento posto nello stadio posteriore dell'MOSFETil dispositivo necessita di un segnale di trigger da 15 V, quindi è necessario prima amplificare il segnale di trigger da 5 V in un segnale di trigger da 15 V, attraverso il segnale da 5 V dell'MC14504, convertito in un segnale da 15 V, quindi attraverso il CD4050 sull'uscita della modellazione del segnale di azionamento da 15 V, canale 2 è collegato al segnale di ingresso a 5 V, il canale 1 è collegato all'uscita Il canale 2 è collegato al segnale di ingresso a 5 V, il canale 1 è collegato all'uscita del segnale di trigger a 15 V.
La seconda parte è il circuito del trasformatore di isolamento, la funzione principale del circuito è: il segnale di trigger da 15 V, convertito in un segnale di trigger da 12 V per attivare la parte posteriore della conduzione del tiristore e per eseguire il segnale di trigger da 15 V e la distanza tra la parte posteriore palcoscenico.
Il principio di funzionamento del circuito è: dovuto alMOSFETTensione di pilotaggio IRF640 di 15 V, quindi, prima di tutto, in J1 accesso al segnale a onda quadra da 15 V, attraverso il resistore R4 collegato al regolatore 1N4746, in modo che la tensione di trigger sia stabile, ma anche per fare in modo che la tensione di trigger non sia troppo alta , MOSFET bruciato, e poi al MOSFET IRF640 (in effetti, questo è un tubo di commutazione, il controllo della parte posteriore dell'apertura e della chiusura. Controlla la parte posteriore dell'accensione e dello spegnimento), dopo aver controllato il ciclo di lavoro del segnale di comando, per poter controllare il tempo di accensione e spegnimento del MOSFET. Quando il MOSFET è aperto, equivale alla terra del polo D, spento quando è aperto, dopo il circuito back-end equivalente a 24 V. E il trasformatore è attraverso la variazione di tensione per creare l'estremità destra del segnale di uscita a 12 V . L'estremità destra del trasformatore è collegata a un ponte raddrizzatore, quindi il segnale a 12 V viene emesso dal connettore X1.
Problemi riscontrati durante l'esperimento
Innanzitutto, quando è stata accesa l'alimentazione, il fusibile è improvvisamente saltato e successivamente, durante il controllo del circuito, si è riscontrato che c'era un problema con la progettazione iniziale del circuito. Inizialmente, per migliorare l'effetto dell'uscita del tubo di commutazione, la separazione di terra da 24 V e da 15 V, che rende il polo G del gate del MOSFET equivalente alla parte posteriore del polo S, viene sospesa, con conseguente falso innesco. Il trattamento consiste nel collegare insieme la terra da 24 V e 15 V e, ancora una volta, per interrompere l'esperimento, il circuito funziona normalmente. Il collegamento del circuito è normale, ma quando si partecipa al segnale di comando, al riscaldamento del MOSFET e al segnale di comando per un periodo di tempo, il fusibile si brucia, quindi si aggiunge il segnale di comando, il fusibile si brucia direttamente. Controllare il circuito e verificare che il ciclo di lavoro di alto livello del segnale di comando è troppo grande, con conseguente tempo di attivazione del MOSFET troppo lungo. Il design di questo circuito fa sì che quando il MOSFET si apre, 24 V vengano aggiunti direttamente alle estremità del MOSFET e non venga aggiunto un resistore limitatore di corrente, se il tempo di attivazione è troppo lungo per rendere la corrente troppo grande, il MOSFET si danneggia, la necessità di regolare il ciclo di lavoro del segnale non può essere troppo grande, generalmente tra il 10% e il 20% circa.
2.3 Verifica del circuito di pilotaggio
Per verificare la fattibilità del circuito di pilotaggio, lo utilizziamo per pilotare il circuito a tiristori collegati in serie tra loro, i tiristori in serie tra loro e quindi in antiparallelo, l'accesso al circuito con reattanza induttiva, l'alimentatore è una sorgente di tensione CA da 380 V.
MOSFET in questo circuito, il tiristore Q2, segnale di attivazione Q8 attraverso l'accesso G11 e G12, mentre Q5, segnale di attivazione Q11 tramite l'accesso G21, G22. Prima che il segnale di comando venga ricevuto al livello del gate del tiristore, per migliorare la capacità anti-interferenza del tiristore, il gate del tiristore è collegato a un resistore e un condensatore. Questo circuito è collegato all'induttore e quindi inserito nel circuito principale. Dopo aver controllato l'angolo di conduzione del tiristore per controllare il grande induttore nel tempo del circuito principale, i circuiti superiore e inferiore dell'angolo di fase della differenza del segnale di trigger di mezzo ciclo, G11 e G12 superiori sono un segnale di trigger fino in fondo attraverso il circuito di pilotaggio dello stadio anteriore del trasformatore di isolamento sono isolati l'uno dall'altro, anche i G21 e G22 inferiori sono isolati allo stesso modo del segnale. I due segnali di attivazione attivano la conduzione positiva e negativa del circuito di tiristore antiparallelo, sopra il canale 1 è collegato all'intera tensione del circuito di tiristore, nella conduzione del tiristore diventa 0 e il canale 2, 3 è collegato al circuito di tiristore su e giù i segnali di attivazione stradali, il canale 4 viene misurato dal flusso dell'intera corrente del tiristore.
2 canali hanno misurato un segnale di trigger positivo, attivato sopra la conduzione del tiristore, la corrente è positiva; 3 canali hanno misurato un segnale di trigger inverso, attivando il circuito inferiore della conduzione del tiristore, la corrente è negativa.
3.Il circuito di azionamento IGBT del seminario Il circuito di azionamento IGBT ha molte richieste speciali, riassunte:
(1) guidare la velocità di aumento e diminuzione dell'impulso di tensione dovrebbe essere sufficientemente grande. igbt si accende, il fronte anteriore della ripida tensione di gate viene aggiunto al gate G e all'emettitore E tra il gate, in modo che venga attivato rapidamente per raggiungere il tempo di attivazione più breve per ridurre le perdite di attivazione. Nello spegnimento dell'IGBT, il circuito di comando del gate dovrebbe fornire al bordo di atterraggio dell'IGBT una tensione di spegnimento molto ripida e al gate IGBT G e all'emettitore E tra la tensione di polarizzazione inversa appropriata, in modo che lo spegnimento rapido dell'IGBT, accorci il tempo di spegnimento, riduca la perdita di spegnimento.
(2) Dopo la conduzione dell'IGBT, la tensione e la corrente di pilotaggio fornite dal circuito di pilotaggio del gate dovrebbero avere un'ampiezza sufficiente per la tensione e la corrente di pilotaggio dell'IGBT, in modo che la potenza in uscita dell'IGBT sia sempre in uno stato saturato. Sovraccarico transitorio, la potenza di pilotaggio fornita dal circuito di comando del gate dovrebbe essere sufficiente a garantire che l'IGBT non esca dalla regione di saturazione e si danneggi.
(3) Il circuito di pilotaggio del gate IGBT deve fornire una tensione di pilotaggio positiva dell'IGBT per assumere il valore appropriato, in particolare nel processo operativo di cortocircuito dell'apparecchiatura utilizzata nell'IGBT, la tensione di pilotaggio positiva deve essere selezionata sul valore minimo richiesto. L'applicazione di commutazione della tensione di gate dell'IGBT dovrebbe essere, nella migliore delle ipotesi, 10 V ~ 15 V.
(4) Processo di spegnimento dell'IGBT, la tensione di polarizzazione negativa applicata tra il gate e l'emettitore favorisce il rapido spegnimento dell'IGBT, ma non dovrebbe essere troppo grande, normale da -2 V a -10 V.
(5) nel caso di carichi induttivi di grandi dimensioni, una commutazione troppo rapida è dannosa, grandi carichi induttivi nell'accensione e spegnimento rapidi dell'IGBT produrranno alta frequenza, ampiezza elevata e larghezza ridotta della tensione di picco Ldi / dt , il picco non è facile da assorbire, è facile che si formino danni al dispositivo.
(6) Poiché l'IGBT viene utilizzato in luoghi ad alta tensione, il circuito di comando dovrebbe trovarsi con l'intero circuito di controllo nel potenziale di isolamento grave, nell'uso ordinario dell'isolamento dell'accoppiamento ottico ad alta velocità o dell'isolamento dell'accoppiamento del trasformatore.
Stato del circuito di azionamento
Con lo sviluppo della tecnologia integrata, l'attuale circuito di comando del gate IGBT è controllato principalmente da chip integrati. La modalità di controllo è ancora principalmente di tre tipi:
(1) tipo ad attivazione diretta, senza isolamento elettrico tra i segnali di ingresso e di uscita.
(2) isolamento del trasformatore tra i segnali di ingresso e di uscita utilizzando l'isolamento del trasformatore di impulsi, livello di tensione di isolamento fino a 4000 V.
Esistono 3 approcci come segue
Approccio passivo: l'uscita del trasformatore secondario viene utilizzata per pilotare direttamente l'IGBT, a causa delle limitazioni dell'equalizzazione volt-secondo, è applicabile solo in luoghi in cui il ciclo di lavoro non cambia molto.
Metodo attivo: il trasformatore fornisce solo segnali isolati, nel circuito amplificatore secondario in plastica per pilotare l'IGBT, la forma d'onda di pilotaggio è migliore, ma è necessario fornire alimentazione ausiliaria separata.
Metodo di autoalimentazione: il trasformatore di impulsi viene utilizzato per trasmettere sia l'energia di azionamento che la tecnologia di modulazione e demodulazione ad alta frequenza per la trasmissione di segnali logici, suddivisi in approccio di autoalimentazione di tipo modulazione e autoalimentazione con tecnologia time-sharing, in cui la modulazione -tipo di autoalimentazione al ponte raddrizzatore per generare l'alimentazione richiesta, tecnologia di modulazione e demodulazione ad alta frequenza per trasmettere segnali logici.
3. Contatto e differenza tra tiristore e azionamento IGBT
Il circuito di azionamento del tiristore e dell'IGBT presenta una differenza tra il centro simile. Innanzitutto, i due circuiti di pilotaggio devono isolare l'uno dall'altro il dispositivo di commutazione e il circuito di controllo, in modo da evitare che i circuiti ad alta tensione abbiano un impatto sul circuito di controllo. Quindi, entrambi vengono applicati al segnale di azionamento del cancello per attivare il dispositivo di commutazione. La differenza è che il tiristore richiede un segnale di corrente, mentre l'IGBT richiede un segnale di tensione. Dopo la conduzione del dispositivo di commutazione, il gate del tiristore ha perso il controllo dell'uso del tiristore, se si desidera spegnere il tiristore, i terminali del tiristore devono essere aggiunti alla tensione inversa; e lo spegnimento dell'IGBT deve essere solo aggiunto al gate della tensione di pilotaggio negativa per spegnere l'IGBT.
4. Conclusione
Questo documento è principalmente diviso in due parti della narrazione, la prima parte della richiesta del circuito di azionamento del tiristore per interrompere la narrazione, il progetto del circuito di azionamento corrispondente e il progetto del circuito viene applicato al circuito pratico del tiristore, attraverso la simulazione e sperimentazione per dimostrare la fattibilità del circuito di pilotaggio, il processo sperimentale riscontrato nell'analisi dei problemi risolti e affrontati. La seconda parte della discussione principale sull'IGBT riguarda la richiesta del circuito di azionamento, e su questa base per introdurre ulteriormente l'attuale circuito di azionamento IGBT comunemente utilizzato e il circuito di azionamento di isolamento del fotoaccoppiatore principale per interrompere la simulazione e l'esperimento, per dimostrare il fattibilità del circuito di pilotaggio.
Orario di pubblicazione: 15 aprile 2024
