Zein da potentzia handiko MOSFET baten disko zirkuituaren printzipioa?

Potentzia handiko MOSFET bera, disko-zirkuitu desberdinen erabilerak aldakuntza-ezaugarri desberdinak lortuko ditu. Gidari-zirkuituaren errendimendu ona erabiltzeak potentzia aldatzeko gailuak etentze-egoera nahiko ezin hobean funtziona dezake, aldatze-denbora laburtuz, aldatze-galerak murrizten ditu, funtzionamendu-eraginkortasuna, fidagarritasuna eta segurtasuna instalatzea garrantzi handia dute. Hori dela eta, disko zirkuituaren abantailak eta desabantailak zuzenean eragiten dute zirkuitu nagusiaren errendimenduan, disko zirkuituaren diseinuaren arrazionalizazioa gero eta garrantzitsuagoa da. Tiristorearen tamaina txikia, pisu arina, eraginkortasun handikoa, bizitza luzea, erabiltzeko erraza, zuzengailua eta inbertsorea erraz geldi ditzake, eta ezin du zirkuitu-egitura aldatu zuzentzailearen edo inbertsorearen korrontearen tamaina aldatzeko premisarekin.IGBT konposatua da. gailuarenMOSFETeta GTR, aldakuntza-abiadura azkarra, egonkortasun termiko ona, gidatzeko potentzia txikia eta gidatzeko zirkuitu sinplearen ezaugarriak dituena, eta egoera tentsio-jaitsiera txikiaren abantailak ditu, jasaten duten tentsio handia eta onarpen-korronte handia. IGBT potentzia irteerako gailu nagusi gisa, batez ere potentzia handiko lekuetan, erabili izan da hainbat kategoriatan.

Potentzia handiko MOSFET kommutazio-gailuetarako gidatzeko zirkuitu ezin hobeak baldintza hauek bete behar ditu:

(1) Potentzia aldatzeko hodia pizten denean, gidatzeko zirkuituak azkar igotzen den oinarrizko korronte bat eman dezake, piztean nahikoa gidatzeko potentzia egon dadin, pizteko galera murriztuz.

(2) Aldaketa-hodiaren eroapenean, MOSFET gidari-zirkuituak eskaintzen duen oinarrizko korronteak bermatu dezake potentzia-hodiak eroapen-egoeran saturatuan dagoela edozein karga-egoeran, eroankortasun-galera nahiko baxua bermatuz. Biltegiratze-denbora murrizteko, gailuak saturazio egoera kritikoan egon behar du itzali aurretik.

(3) itzaltzea, disko-zirkuituak alderantzizko oinarrizko disko nahikoa eman behar du oinarrizko eskualdeko gainerako eramaileak azkar ateratzeko biltegiratze denbora murrizteko; eta gehitu alderantzizko ebaketa-tentsioa, kolektore-korrontea azkar jaitsi dadin lurreratzeko denbora murrizteko. Jakina, tiristorearen itzaltzea oraindik ere alderantzizko anodoaren tentsio-jaitsieraren ondorioz gertatzen da itzalaldia amaitzeko.

Gaur egun, tentsio baxuko muturra eta tentsio handiko muturra bereizteko transformadorearen edo optoakoplagailuaren isolamenduaren kopuru konparagarria duen tiristorea gidatzen du, eta gero bihurtze-zirkuituaren bidez tiristorearen eroapena gidatzeko. IGBT-n IGBT unitate-modulu gehiago erabiltzeko unean, baina baita IGBT integratua, sistemaren auto-mantentzea, autodiagnostikoa eta IPMren beste modulu funtzional batzuk ere.

Artikulu honetan, erabiltzen dugun tiristorerako, disko zirkuitu esperimentala diseinatu eta benetako proba gelditu, tiristorea gidatu dezakeela frogatzeko. IGBT-ren unitateari dagokionez, paper honek, batez ere, egungo IGBT unitate mota nagusiak aurkezten ditu, baita dagozkien disko zirkuitua eta optoakoplatzaileen isolamendu unitate erabiliena simulazio-esperimentua geldiarazteko.

2. Tiristoreen zirkuituaren azterketa, oro har, tiristorearen funtzionamendu-baldintzak hauek dira:

(1) tiristoreak alderantzizko anodoko tentsioa onartzen du, ateak zein tentsio mota onartzen duen edozein dela ere, tiristorea itzalita dagoen egoeran dago.

(2) Tiristorrak aurrerako anodo tentsioa onartzen du, atearen kasuan bakarrik tiristorea piztuta dagoen tentsio positiboa onartzen du.

(3) Tiristorea eroapen-egoeran, anodo tentsio positibo jakin bat bakarrik, atearen tentsioa edozein dela ere, tiristorea eroapenean tematu zen, hau da, tiristorea eroapenaren ondoren, atea galtzen da. (4) tiristorea eroapen-egoeran, zirkuitu nagusiaren tentsioa (edo korrontea) zerora hurbiltzen denean, tiristorea itzaltzea. Tiristorea TYN1025 da aukeratzen dugu, bere jasateko tentsioa 600V-tik 1000V-koa da, korrontea 25A-ra arte. atearen unitatearen tentsioa 10V-tik 20V-koa izatea eskatzen du, disko-korrontea 4mA-tik 40mA-koa izatea. eta bere mantentze-korrontea 50mA da, motorraren korrontea 90mA da. DSP edo CPLD abiarazte-seinalearen anplitudea, betiere 5V. Lehenik eta behin, 5V-ren anplitudea 24V-ra arte, eta gero 2:1 isolamendu-transformadore baten bidez 24V-ko abiarazlearen seinalea 12V-ko abiarazle-seinale bihurtzeko, goiko eta beheko tentsioaren isolamenduaren funtzioa betetzen duen bitartean.

Zirkuitu esperimentalen diseinua eta analisia

Lehenik eta behin, boost-zirkuitua, isolamendu-transformadore-zirkuitua dela eta atzeko faseanMOSFETgailuak 15V-ko abiarazte-seinalea behar du, beraz, lehen anplitudea 5V-ko abiarazte-seinalea 15V-ko abiarazle-seinale batean sartu behar da, MC14504 5V seinalearen bidez, 15V-ko seinale bihurtuta, eta, ondoren, CD4050 bidez 15V-ko diskoaren seinalearen konformazioaren irteeran, 2. kanala. 5V sarrerako seinalera konektatuta dago, 1. kanala irteerara konektatuta dago 2. kanala 5Vko sarrerako seinalera konektatuta dago, 1. kanala konektatuta dago 15V-ko trigger seinalearen irteerara.

Bigarren zatia isolamendu-transformadorearen zirkuitua da, zirkuituaren funtzio nagusia hau da: 15V-ko abiarazlearen seinalea, 12V-ko abiarazle-seinale bihurtuta tiristorearen eroapenaren atzealdea abiarazteko eta 15V-ko abiarazlearen seinalea eta atzealdearen arteko distantzia egiteko. etapa.

Zirkuituaren funtzionamendu-printzipioa hau da: ondoriozMOSFETIRF640 unitateko 15V-ko tentsioa, beraz, lehenik eta behin, J1 15V-ko uhin karratuko seinalerako sarbidean, 1N4746 erregulatzailearekin konektatuta dagoen R4 erresistentziaren bidez, abiarazte-tentsioa egonkorra izan dadin, baina abiarazle-tentsioa ez da oso altua izan dadin. , MOSFET erre, eta, ondoren, MOSFET IRF640ra (hain zuzen ere, hau aldatzeko hodi bat da, irekieraren atzeko muturraren kontrola eta ixtea. Pizteko eta itzaltzeko atzeko aldea kontrolatu), disko-seinalearen lan-zikloa kontrolatu ondoren, MOSFETaren pizteko eta itzaltzeko denbora kontrolatu ahal izateko. MOSFET irekita dagoenean, bere D-poleko lurraren baliokidea, itzalita dagoenean irekita dagoenean, 24 V-ren baliokidea den atzeko zirkuituaren ondoren. Eta transformadoreak tentsio aldaketaren bidez egiten du 12 V-ko irteerako seinalearen eskuineko muturra egiteko. . Transformadorearen eskuineko muturra zubi zuzentzaile batera konektatzen da eta, ondoren, 12V-ko seinalea X1 konektoretik ateratzen da.

Esperimentuan aurkitutako arazoak

Lehenik eta behin, boterea piztu zenean, bat-batean fusiblea piztu zen, eta gero zirkuitua egiaztatzean, hasierako zirkuituaren diseinuarekin arazo bat zegoela ikusi zen. Hasieran, bere konmutazio-hodiaren irteeraren eragina hobetzeko, 24V-ko lurra eta 15V-ko lurraren bereizketa, MOSFET-en atea G poloa S poloaren atzealdearen baliokidea egiten duena, eseki egiten da, abiarazte faltsua eraginez. Tratamendua 24V eta 15V lurra elkarrekin konektatzea da, eta berriro esperimentua gelditzeko, zirkuituak normal funtzionatzen du. Zirkuitu konexioa normala da, baina disko seinalean parte hartzen duenean, MOSFET beroa, gehi diskoaren seinalea denbora tarte batean, metxa pizten da eta, ondoren, unitatearen seinalea gehitu, fusiblea zuzenean pizten da. Egiaztatu zirkuitua unitatearen seinalearen goi-mailako betebehar-zikloa handiegia dela eta, ondorioz, MOSFET-a pizteko denbora luzeegia da. Zirkuitu honen diseinuak MOSFET irekitzen denean, 24V zuzenean MOSFETaren muturretan gehitzen du eta ez du korrontea mugatzen duen erresistentziarik gehitu, denbora luzeegia bada korrontea handiegia izateko, MOSFETen kaltea. seinalearen betebehar-zikloa erregulatzeko beharra ezin da handiegia izan, oro har, %10etik %20ra edo.

2.3 Gidatze-zirkuitua egiaztatzea

Gidari-zirkuituaren bideragarritasuna egiaztatzeko, elkarren artean seriean konektatuta dagoen tiristore-zirkuitua gidatzeko erabiltzen dugu, tiristorea elkarren artean seriean eta, ondoren, paraleloan, zirkuitura sartzeko erreaktantzia induktiboarekin, elikadura-iturria. 380V AC tentsio iturria da.

MOSFET zirkuitu honetan, tiristorea Q2, Q8 abiaraztearen seinalea G11 eta G12 sarbideen bidez, Q5, Q11 abiaraztearen seinalea G21, G22 sarbidearen bidez. Diskoaren seinalea tiristorearen ate mailara jaso aurretik, tiristorearen interferentziaren aurkako gaitasuna hobetzeko, tiristorearen atea erresistentzia eta kondentsadore batera konektatzen da. Zirkuitu hau induktoreari konektatu eta gero zirkuitu nagusira sartzen da. Tiristorearen eroapen-angelua kontrolatu ondoren, induktore handia zirkuitu nagusiko denboran kontrolatzeko, ziklo erdiko abiarazte-seinalearen diferentziaren fase-angeluaren goiko eta beheko zirkuituak, goiko G11 eta G12 abiarazle-seinalea da bide osoan. isolamendu transformadorearen aurreko etapako zirkuituaren bidez elkarrengandik isolatuta dago, beheko G21 eta G22 ere seinalearen modu berean isolatuta dago. Bi abiarazle-seinaleek tiristore-zirkuitu paraleloaren aurkako eroapen positiboa eta negatiboa abiarazten dute, 1 kanalaren gainetik tiristore-zirkuituaren tentsio osoarekin konektatuta dago, tiristore-eroalean 0 bihurtzen da eta 2, 3 kanal tiristore-zirkuituari gora eta behera konektatuta dago. errepidearen abiarazleen seinaleak, 4 kanala tiristore korronte osoaren fluxuaren arabera neurtzen da.

2 kanalak abiarazte-seinale positiboa neurtu zuen, tiristorearen eroapenaren gainetik piztuta, korrontea positiboa da; 3 kanalek alderantzizko abiarazte-seinalea neurtu zuten, tiristorearen eroapenaren beheko zirkuitua eraginez, korrontea negatiboa da.

3.Mintegiko IGBT gidatzeko zirkuitua IGBT gidatzeko zirkuituak eskaera berezi asko ditu, laburbilduta:

(1) tentsio-pultsuaren igoera eta jaitsiera-tasa nahikoa handia izan behar du. igbt piztu, ate aldapatsuaren tentsioaren lehen ertza G ateari eta E igorleari gehitzen zaio atearen artean, beraz, azkar piztu da txanda laburrenera iristeko galerak murrizteko. IGBT itzaltzean, atea gidatzeko zirkuituak IGBT lurreratzeko ertza itzaltze-tentsioa oso aldapatsua da, eta IGBT atea G eta E igorleari alderantzizko alborapen tentsio egokiaren artean, IGBT itzaltze azkarrak itzaltzeko denbora laburtu eta murrizteko. itzaliaren galera.

(2) IGBT eroapenaren ondoren, ate-zirkuituak eskaintzen dituen disko-tentsioak eta korronteak IGBT-ren tentsiorako eta korronterako anplitude nahikoa izan behar du, IGBTaren potentzia-irteera beti egoera saturatu batean egon dadin. Gainkarga iragankorra, atea gidatzeko zirkuituak emandako potentzia nahikoa izan behar du IGBT saturazio-eskualdetik eta kalterik irteten ez dela ziurtatzeko.

(3) IGBT ate-zirkuituak IGBT disko tentsio positiboa eman behar du balio egokia hartzeko, batez ere IGBT-n erabiltzen den ekipoen zirkuitu laburreko prozesuan, disko tentsio positiboa behar den balio minimora hautatu behar da. IGBTren atearen tentsioaren aldaketa 10V ~ 15V izan behar da onena.

(4) IGBT itzaltzeko prozesua, atearen artean aplikatzen den alborapen negatiboaren tentsioa - igorlea IGBTaren itzaltze azkarra da, baina ez da handiegia hartu behar, ohikoa -2V-tik -10V-ra.

(5) Karga induktibo handien kasuan, aldakuntza azkarregia kaltegarria da, IGBT pizteko eta itzaltzeko karga induktibo handiak, maiztasun handiko eta anplitude handiko eta puntako tentsioaren zabalera estua Ldi / dt sortuko dute. , ertza ez da xurgatzen erraza, gailuaren kaltea eratzen erraza da.

(6) IGBT tentsio handiko lekuetan erabiltzen denez, beraz, disko-zirkuitua kontrol-zirkuitu osoarekin egon behar da isolamendu larriaren potentzialarekin, abiadura handiko akoplamendu optikoen isolamenduaren edo transformadorearen akoplamenduaren isolamenduaren erabilera arruntean.

Gidatzeko zirkuituaren egoera

Teknologia integratuaren garapenarekin, egungo IGBT ate-zirkuitua txip integratuek kontrolatzen dute gehienbat. Kontrol modua hiru motatakoa da oraindik:

(1) zuzeneko abiarazte mota ez dago isolamendu elektrikorik sarrerako eta irteerako seinaleen artean.

(2) Transformadorearen isolamendua sarrerako eta irteerako seinaleen artean pultsu transformadorearen isolamendua erabiliz, isolamendu tentsio maila 4000V arte.

3 planteamendu daude honela

Ikuspegi pasiboa: transformadore sekundarioaren irteera IGBT zuzenean gidatzeko erabiltzen da, volt-segundo berdinketaren mugak direla eta, lan-zikloa asko aldatzen ez den lekuetan soilik aplikatzen da.

Metodo aktiboa: transformatzaileak seinale isolatuak bakarrik eskaintzen ditu, plastikozko anplifikadore sekundarioko zirkuituan IGBT gidatzeko, uhin-forma hobeagoa da, baina potentzia osagarri bereizia eman beharra dago.

Auto-hornikuntza-metodoa: pultsu-transformadorea seinale logikoen transmisiorako eragiketa-energia eta maiztasun handiko modulazio- eta demodulazio-teknologia transmititzeko erabiltzen da, modulazio-mota auto-hornikuntza-ikuspegi eta denbora partekatzeko teknologia auto-hornikuntzan banatuta, zeinetan modulazioa. -Zubi zuzentzailearen auto-hornidura mota behar den elikadura-hornidura sortzeko, maiztasun handiko modulazioa eta demodulazio-teknologia seinale logikoak transmititzeko.

3. Tiristorea eta IGBT unitatearen arteko kontaktua eta aldea

Tiristorea eta IGBT zirkuituak antzeko zentroaren arteko aldea du. Lehenik eta behin, bi disko-zirkuitu behar dira kommutazio-gailua eta kontrol-zirkuitua elkarrengandik isolatzeko, tentsio altuko zirkuituek kontrol-zirkuituan eragina izan ez dezaten. Ondoren, biak atearen gidaritza-seinaleari aplikatzen zaizkio pizteko gailua pizteko. Desberdintasuna da tiristoreak korronte-seinalea behar duela, IGBT-ak tentsio-seinalea behar duela. Aldaketa-gailuaren eroapenaren ondoren, tiristorearen ateak tiristorearen erabileraren kontrola galdu du, tiristorea itzali nahi baduzu, tiristorearen terminalak alderantzizko tentsioari gehitu behar zaizkio; eta IGBT itzaltzea gidatzeko tentsio negatiboaren ateari bakarrik gehitu behar zaio, IGBT itzaltzeko.

4. Ondorioa

Paper hau narrazioaren bi zatitan banatzen da batez ere, narrazioa geldiarazteko tiristoreen zirkuituaren eskaeraren lehen zatia, dagokion disko zirkuituaren diseinua eta zirkuituaren diseinua tiristoreen zirkuitu praktikoan aplikatzen da, simulazioaren bidez. eta gidatzeko zirkuituaren bideragarritasuna frogatzeko esperimentazioa, gelditu eta landutako arazoen analisian aurkitutako prozesu esperimentala. IGBTri buruzko eztabaida nagusiaren bigarren zatia disko zirkuituaren eskaerari buruzkoa, eta oinarri honetan, gaur egungo IGBT disko zirkuitua gehiago sartzeko, eta optoakoplagailuaren isolamendu zirkuitu nagusia simulazioa eta esperimentua gelditzeko, frogatzeko. gidatzeko zirkuituaren bideragarritasuna.