Apakah prinsip litar pemacu MOSFET berkuasa tinggi?

MOSFET berkuasa tinggi yang sama, penggunaan litar pemacu yang berbeza akan mendapat ciri pensuisan yang berbeza. Penggunaan prestasi litar pemacu yang baik boleh menjadikan peranti pensuisan kuasa berfungsi dalam keadaan pensuisan yang agak ideal, sambil memendekkan masa pensuisan, mengurangkan kerugian pensuisan, pemasangan kecekapan operasi, kebolehpercayaan dan keselamatan adalah sangat penting. Oleh itu, kelebihan dan kekurangan litar pemacu secara langsung mempengaruhi prestasi litar utama, rasionalisasi reka bentuk litar pemacu semakin penting. Thyristor saiz kecil, ringan, kecekapan tinggi, jangka hayat yang panjang, mudah digunakan, boleh dengan mudah menghentikan penerus dan penyongsang, dan tidak boleh mengubah struktur litar di bawah premis menukar saiz penerus atau arus penyongsang.IGBT adalah komposit peranti daripadaMOSFETdan GTR, yang mempunyai ciri-ciri kelajuan pensuisan pantas, kestabilan terma yang baik, kuasa pemanduan kecil dan litar pemacu mudah, dan mempunyai kelebihan penurunan voltan dalam keadaan kecil, voltan tahan tinggi dan arus penerimaan yang tinggi. IGBT sebagai peranti keluaran kuasa arus perdana, terutamanya di tempat berkuasa tinggi, telah biasa digunakan dalam pelbagai kategori.

Litar pemanduan yang ideal untuk peranti pensuisan MOSFET berkuasa tinggi harus memenuhi keperluan berikut:

(1) Apabila tiub pensuisan kuasa dihidupkan, litar pemanduan boleh memberikan arus asas yang meningkat pantas, supaya terdapat kuasa pemanduan yang mencukupi apabila ia dihidupkan, sekali gus mengurangkan kehilangan hidup.

(2) Semasa pengaliran tiub pensuisan, arus asas yang disediakan oleh litar pemacu MOSFET boleh memastikan bahawa tiub kuasa berada dalam keadaan pengaliran tepu di bawah sebarang keadaan beban, memastikan kehilangan pengaliran yang agak rendah. Untuk mengurangkan masa penyimpanan, peranti harus berada dalam keadaan tepu kritikal sebelum ditutup.

(3) penutupan, litar pemacu harus menyediakan pemacu asas songsang yang mencukupi untuk mengeluarkan pembawa yang tinggal di kawasan pangkalan dengan cepat untuk mengurangkan masa penyimpanan; dan tambah voltan potong pincang songsang, supaya arus pengumpul jatuh dengan cepat untuk mengurangkan masa pendaratan. Sudah tentu, penutupan thyristor masih terutamanya oleh penurunan voltan anod terbalik untuk menyelesaikan penutupan.

Pada masa ini, pemacu thyristor dengan bilangan yang setanding hanya melalui pengasingan transformer atau optocoupler untuk memisahkan hujung voltan rendah dan hujung voltan tinggi, dan kemudian melalui litar penukaran untuk memacu pengaliran thyristor. Pada IGBT untuk penggunaan semasa lebih banyak modul pemacu IGBT, tetapi juga IGBT bersepadu, penyelenggaraan kendiri sistem, diagnosis kendiri dan modul berfungsi lain IPM.

Dalam kertas ini, untuk thyristor yang kami gunakan, reka litar pemacu eksperimen, dan hentikan ujian sebenar untuk membuktikan bahawa ia boleh memacu thyristor. Bagi pemacu IGBT, makalah ini terutamanya memperkenalkan jenis utama semasa pemacu IGBT, serta litar pemacu yang sepadan, dan pemacu pengasingan optocoupler yang paling biasa digunakan untuk menghentikan eksperimen simulasi.

2. Kajian litar pemacu thyristor secara umum keadaan operasi thyristor adalah:

(1) thyristor menerima voltan anod terbalik, tanpa mengira pintu menerima jenis voltan, thyristor berada dalam keadaan mati.

(2) Thyristor menerima voltan anod hadapan, hanya dalam kes get menerima voltan positif, thyristor dihidupkan.

(3) Thyristor dalam keadaan pengaliran, hanya voltan anod positif tertentu, tanpa mengira voltan pintu, thyristor menegaskan pengaliran, iaitu, selepas pengaliran thyristor, pintu hilang. (4) thyristor dalam keadaan pengaliran, apabila voltan litar utama (atau semasa) dikurangkan kepada hampir sifar, penutupan thyristor. Kami memilih thyristor ialah TYN1025, voltan tahannya ialah 600V hingga 1000V, arus sehingga 25A. ia memerlukan voltan pemacu pintu ialah 10V hingga 20V, arus pemacu ialah 4mA hingga 40mA. dan arus penyelenggaraannya ialah 50mA, arus enjin ialah 90mA. sama ada amplitud isyarat pencetus DSP atau CPLD selagi 5V. Pertama sekali, selagi amplitud 5V menjadi 24V, dan kemudian melalui pengubah pengasingan 2:1 untuk menukar isyarat pencetus 24V kepada isyarat pencetus 12V, sambil melengkapkan fungsi pengasingan voltan atas dan bawah.

Reka bentuk dan analisis litar eksperimen

Pertama sekali, litar rangsangan, disebabkan oleh litar pengubah pengasingan di peringkat belakangMOSFETperanti memerlukan isyarat pencetus 15V, jadi keperluan untuk amplitud pertama isyarat pencetus 5V menjadi isyarat pencetus 15V, melalui isyarat MC14504 5V, ditukar menjadi isyarat 15V, dan kemudian melalui CD4050 pada output isyarat pemacu 15V membentuk, saluran 2 disambungkan kepada isyarat input 5V, saluran 1 disambungkan ke output Saluran 2 disambungkan kepada isyarat input 5V, saluran 1 disambungkan kepada output isyarat pencetus 15V.

Bahagian kedua ialah litar pengubah pengasingan, fungsi utama litar ialah: isyarat pencetus 15V, ditukar menjadi isyarat pencetus 12V untuk mencetuskan belakang pengaliran thyristor, dan untuk melakukan isyarat pencetus 15V dan jarak antara belakang pentas.

Prinsip kerja litar ialah: disebabkan olehMOSFETVoltan pemacu IRF640 15V, jadi, pertama sekali, dalam akses J1 kepada isyarat gelombang persegi 15V, melalui perintang R4 disambungkan ke pengawal selia 1N4746, supaya voltan pencetus stabil, tetapi juga untuk membuat voltan pencetus tidak terlalu tinggi , MOSFET terbakar, dan kemudian ke MOSFET IRF640 (sebenarnya, ini adalah tiub pensuisan, kawalan hujung belakang bukaan dan penutup. Kawalan hujung belakang menghidupkan dan mematikan), selepas mengawal kitaran tugas isyarat pemacu, untuk dapat mengawal masa hidup dan mati MOSFET. Apabila MOSFET terbuka, bersamaan dengan tanah kutub D, mati apabila ia terbuka, selepas litar hujung belakang bersamaan dengan 24 V. Dan pengubah melalui perubahan voltan untuk membuat hujung kanan isyarat keluaran 12 V . Hujung kanan pengubah disambungkan ke jambatan penerus, dan kemudian isyarat 12V dikeluarkan daripada penyambung X1.

Masalah yang dihadapi semasa eksperimen

Pertama sekali, apabila kuasa dihidupkan, fius tiba-tiba bertiup, dan kemudian apabila memeriksa litar, didapati terdapat masalah dengan reka bentuk litar awal. Pada mulanya, untuk meningkatkan kesan keluaran tiub pensuisannya, pemisahan tanah 24V dan pemisahan tanah 15V, yang menjadikan kutub G gerbang MOSFET bersamaan dengan bahagian belakang tiang S digantung, mengakibatkan pencetus palsu. Rawatan adalah untuk menyambungkan tanah 24V dan 15V bersama-sama, dan sekali lagi untuk menghentikan percubaan, litar berfungsi seperti biasa. Sambungan litar adalah normal, tetapi apabila mengambil bahagian dalam isyarat pemacu, haba MOSFET, ditambah isyarat pemacu untuk tempoh masa, fius ditiup, dan kemudian menambah isyarat pemacu, fius terus ditiup. Semak litar mendapati bahawa kitaran tugas tahap tinggi isyarat pemacu adalah terlalu besar, menyebabkan masa hidupkan MOSFET terlalu lama. Reka bentuk litar ini membuat apabila MOSFET dibuka, 24V ditambah terus ke hujung MOSFET, dan tidak menambah perintang mengehadkan arus, jika masa yang tepat terlalu lama untuk menjadikan arus terlalu besar, kerosakan MOSFET, keperluan untuk mengawal selia kitaran tugas isyarat tidak boleh terlalu besar, secara amnya dalam 10% hingga 20% atau lebih.

2.3 Pengesahan litar pemacu

Untuk mengesahkan kebolehlaksanaan litar pemacu, kami menggunakannya untuk memacu litar thyristor yang disambungkan secara bersiri antara satu sama lain, thyristor secara bersiri antara satu sama lain dan kemudian anti-selari, akses kepada litar dengan reaktans induktif, bekalan kuasa ialah sumber voltan 380V AC.

MOSFET dalam litar ini, isyarat pencetus thyristor Q2, Q8 melalui akses G11 dan G12, manakala isyarat pencetus Q5, Q11 melalui akses G21, G22. Sebelum isyarat pemacu diterima ke paras pintu thyristor, untuk meningkatkan keupayaan anti-gangguan thyristor, pintu thyristor disambungkan kepada perintang dan kapasitor. Litar ini disambungkan kepada induktor dan kemudian dimasukkan ke dalam litar utama. Selepas mengawal sudut pengaliran thyristor untuk mengawal induktor besar ke dalam masa litar utama, litar atas dan bawah sudut fasa perbezaan isyarat pencetus separuh kitaran, G11 atas dan G12 adalah isyarat pencetus sepanjang jalan. melalui litar pemacu peringkat hadapan pengubah pengasingan diasingkan antara satu sama lain, G21 dan G22 yang lebih rendah juga diasingkan dari cara yang sama isyarat. Kedua-dua isyarat pencetus mencetuskan litar thyristor anti selari pengaliran positif dan negatif, di atas 1 saluran disambungkan ke keseluruhan voltan litar thyristor, dalam pengaliran thyristor ia menjadi 0, dan 2, 3 saluran disambungkan ke litar thyristor ke atas dan ke bawah isyarat pencetus jalan, 4 saluran diukur dengan aliran keseluruhan arus thyristor.

2 saluran diukur isyarat pencetus positif, dicetuskan di atas pengaliran thyristor, semasa adalah positif; 3 saluran mengukur isyarat pencetus terbalik, mencetuskan litar bawah pengaliran thyristor, semasa adalah negatif.

3. Litar pemacu IGBT seminar litar pemacu IGBT mempunyai banyak permintaan khas, diringkaskan:

(1) memacu kadar kenaikan dan penurunan nadi voltan hendaklah cukup besar. igbt dihidupkan, tepi hadapan voltan get curam ditambah pada get G dan pemancar E di antara get, supaya ia cepat dihidupkan untuk mencapai masa pusingan terpendek untuk mengurangkan kehilangan hidupan. Dalam penutupan IGBT, litar pemacu pintu harus menyediakan kelebihan pendaratan IGBT adalah voltan penutupan yang sangat curam, dan kepada pintu IGBT G dan pemancar E antara voltan pincang songsang yang sesuai, supaya penutupan pantas IGBT, memendekkan masa penutupan, mengurangkan kerugian penutupan.

(2) Selepas pengaliran IGBT, voltan pemacu dan arus yang disediakan oleh litar pemacu get haruslah amplitud yang mencukupi untuk voltan dan arus pemacu IGBT, supaya output kuasa IGBT sentiasa dalam keadaan tepu. Lebihan sementara, kuasa pemanduan yang disediakan oleh litar pemacu pintu hendaklah mencukupi untuk memastikan IGBT tidak keluar dari kawasan tepu dan kerosakan.

(3) Litar pemacu gerbang IGBT harus menyediakan voltan pemacu positif IGBT untuk mengambil nilai yang sesuai, terutamanya dalam proses operasi litar pintas peralatan yang digunakan dalam IGBT, voltan pemacu positif harus dipilih kepada nilai minimum yang diperlukan. Aplikasi pensuisan voltan pintu IGBT hendaklah 10V ~ 15V untuk yang terbaik.

(4) Proses penutupan IGBT, voltan pincang negatif yang digunakan antara pintu - pemancar adalah kondusif untuk penutupan pesat IGBT, tetapi tidak boleh diambil terlalu besar, ambil biasa -2V hingga -10V.

(5) dalam kes beban induktif yang besar, pensuisan yang terlalu cepat adalah berbahaya, beban induktif yang besar dalam menghidupkan dan mematikan pantas IGBT, akan menghasilkan frekuensi tinggi dan amplitud tinggi dan lebar sempit voltan spike Ldi / dt , pancang tidak mudah diserap, mudah untuk membentuk kerosakan peranti.

(6) Oleh kerana IGBT digunakan di tempat voltan tinggi, jadi litar pemacu harus dengan keseluruhan litar kawalan dalam potensi pengasingan teruk, penggunaan biasa pengasingan gandingan optik berkelajuan tinggi atau pengasingan gandingan pengubah.

Status litar pemacu

Dengan perkembangan teknologi bersepadu, litar pemacu gerbang IGBT semasa kebanyakannya dikawal oleh cip bersepadu. Mod kawalan masih terdiri daripada tiga jenis:

(1) jenis pencetus langsung tiada pengasingan elektrik antara isyarat input dan output.

(2) pemacu pengasingan pengubah antara isyarat input dan output menggunakan pengasingan pengubah nadi, tahap voltan pengasingan sehingga 4000V.

Terdapat 3 pendekatan seperti berikut

Pendekatan pasif: output pengubah sekunder digunakan untuk memacu IGBT secara langsung, disebabkan oleh batasan penyamaan volt-saat, ia hanya terpakai untuk tempat di mana kitaran tugas tidak banyak berubah.

Kaedah aktif: pengubah hanya menyediakan isyarat terpencil, dalam litar penguat plastik sekunder untuk memacu IGBT, bentuk gelombang pemacu adalah lebih baik, tetapi keperluan untuk menyediakan kuasa tambahan yang berasingan.

Kaedah bekalan sendiri: pengubah nadi digunakan untuk menghantar kedua-dua tenaga pemacu dan modulasi frekuensi tinggi dan teknologi penyahmodulasi untuk penghantaran isyarat logik, dibahagikan kepada pendekatan bekalan kendiri jenis modulasi dan bekalan kendiri teknologi perkongsian masa, di mana modulasi -taip kuasa bekalan sendiri ke jambatan penerus untuk menjana bekalan kuasa yang diperlukan, modulasi frekuensi tinggi dan teknologi penyahmodulasi untuk menghantar isyarat logik.

3. Sentuhan dan perbezaan antara pemacu thyristor dan IGBT

Litar pemacu Thyristor dan IGBT mempunyai perbezaan antara pusat yang serupa. Pertama sekali, kedua-dua litar pemacu diperlukan untuk mengasingkan peranti pensuisan dan litar kawalan antara satu sama lain, untuk mengelakkan litar voltan tinggi mempunyai kesan ke atas litar kawalan. Kemudian, kedua-duanya digunakan pada isyarat pemacu get untuk mencetuskan peranti pensuisan. Perbezaannya ialah pemacu thyristor memerlukan isyarat semasa, manakala IGBT memerlukan isyarat voltan. Selepas pengaliran peranti pensuisan, pintu thyristor telah hilang kawalan terhadap penggunaan thyristor, jika anda ingin menutup thyristor, terminal thyristor harus ditambah kepada voltan terbalik; dan penutupan IGBT hanya perlu ditambah pada pintu voltan pemacu negatif, untuk menutup IGBT.

4. Kesimpulan

Kertas ini terutamanya dibahagikan kepada dua bahagian naratif, bahagian pertama litar pemacu thyristor meminta untuk menghentikan naratif, reka bentuk litar pemacu yang sepadan, dan reka bentuk litar digunakan pada litar thyristor praktikal, melalui simulasi dan eksperimen untuk membuktikan kebolehlaksanaan litar pemacu, proses eksperimen yang dihadapi dalam analisis masalah dihentikan dan ditangani. Bahagian kedua perbincangan utama mengenai IGBT atas permintaan litar pemacu, dan atas dasar ini untuk memperkenalkan lagi litar pemacu IGBT semasa yang biasa digunakan, dan litar pemacu pengasingan optocoupler utama untuk menghentikan simulasi dan eksperimen, untuk membuktikan kebolehlaksanaan litar pemacu.