Vad är principen för drivkretsen för en högeffekts MOSFET?

Samma högeffekt MOSFET, användningen av olika drivkretsar kommer att få olika kopplingsegenskaper. Användningen av drivkretsens goda prestanda kan få kraftomkopplingsanordningen att fungera i ett relativt idealiskt kopplingstillstånd, samtidigt som kopplingstiden förkortas, kopplingsförlusterna minskas, installationen av driftseffektivitet, tillförlitlighet och säkerhet är av stor betydelse. Därför påverkar drivkretsens fördelar och nackdelar direkt huvudkretsens prestanda, rationaliseringen av utformningen av drivkretsen blir allt viktigare. Tyristor liten storlek, lätt vikt, hög effektivitet, lång livslängd, lätt att använda, kan enkelt stoppa likriktaren och växelriktaren och kan inte ändra kretsstrukturen under förutsättningen att storleken på likriktaren eller växelriktarens ström ändras. IGBT är en komposit enhet avMOSFEToch GTR, som har egenskaperna snabb omkopplingshastighet, bra termisk stabilitet, liten drivkraft och enkel drivkrets, och har fördelarna med litet spänningsfall i tillståndet, hög motstå spänning och hög acceptansström. IGBT som en vanlig strömutgångsenhet, särskilt på platser med hög effekt, har ofta använts i olika kategorier.

Den idealiska drivkretsen för MOSFET-växlingsenheter med hög effekt bör uppfylla följande krav:

(1) När strömbrytarröret är påslaget kan drivkretsen ge en snabbt stigande basström, så att det finns tillräckligt med drivkraft när den slås på, vilket minskar startförlusten.

(2) Under omkopplingsrörledningen kan basströmmen som tillhandahålls av MOSFET-drivkretsen säkerställa att kraftröret är i mättat ledningstillstånd under alla belastningsförhållanden, vilket säkerställer en jämförelsevis låg ledningsförlust. För att minska lagringstiden bör enheten vara i ett kritiskt mättnadstillstånd innan den stängs av.

(3) avstängning, drivkretsen bör tillhandahålla tillräcklig omvänd basdrift för att snabbt dra ut de återstående bärarna i basområdet för att minska lagringstiden; och lägg till omvänd förspänningsavstängningsspänning, så att kollektorströmmen faller snabbt för att minska landningstiden. Naturligtvis sker avstängningen av tyristorn fortfarande huvudsakligen av det omvända anodspänningsfallet för att slutföra avstängningen.

För närvarande driver tyristorn med ett jämförbart antal bara genom transformatorn eller optokopplaren isolering för att separera lågspänningsänden och högspänningsänden, och sedan genom omvandlingskretsen för att driva tyristorns ledning. På IGBT för den nuvarande användningen av mer IGBT drivmodul, men också integrerad IGBT, system självunderhåll, självdiagnos och andra funktionella moduler av IPM.

I den här artikeln, för tyristorn vi använder, designar vi en experimentell drivkrets och stoppar det verkliga testet för att bevisa att den kan driva tyristorn. När det gäller drivningen av IGBT, introducerar detta dokument huvudsakligen de nuvarande huvudtyperna av IGBT-drivenheter, såväl som deras motsvarande drivkrets, och den mest använda optokopplarisoleringsenheten för att stoppa simuleringsexperimentet.

2. Studie av tyristordrivkretsar i allmänhet är tyristorns driftsförhållanden:

(1) tyristorn accepterar den omvända anodspänningen, oavsett om grinden accepterar vilken typ av spänning, är tyristorn i avstängt tillstånd.

(2) Tyristorn accepterar framåtanodspänning, endast om grinden accepterar en positiv spänning är tyristorn på.

(3) Tyristor i ledningstillstånd, endast en viss positiv anodspänning, oavsett gatespänningen, insisterade tyristorn på ledning, det vill säga efter tyristorledningen går grinden förlorad. (4) tyristor i ledningstillstånd, när huvudkretsens spänning (eller ström) reduceras till nära noll, tyristorn stängs av. Vi väljer att tyristorn är TYN1025, dess motståndsspänning är 600V till 1000V, ström upp till 25A. det kräver att gatedrivspänningen är 10V till 20V, drivströmmen är 4mA till 40mA. och dess underhållsström är 50mA, motorströmmen är 90mA. antingen DSP eller CPLD triggersignalamplitud så lång som 5V. Först och främst, så länge som amplituden på 5V till 24V, och sedan genom en 2:1 isolationstransformator för att omvandla 24V triggersignalen till en 12V triggersignal, samtidigt som den fullbordar funktionen för den övre och nedre spänningsisoleringen.

Experimentell kretsdesign och analys

Först av allt, förstärkningskretsen, på grund av isoleringstransformatorkretsen i det bakre steget avMOSFETenheten behöver 15V triggersignal, så behovet av att först amplitudera 5V triggersignalen till en 15V triggersignal, genom MC14504 5V-signalen, omvandlad till en 15V-signal, och sedan genom CD4050 på utgången av 15V-drivenhetens signalformning, kanal 2 är ansluten till 5V-ingångssignalen, kanal 1 är ansluten till utgången Kanal 2 är ansluten till 5V-ingångssignalen, kanal 1 är ansluten till utgången på 15V triggersignalen.

Den andra delen är isoleringstransformatorkretsen, kretsens huvudfunktion är: 15V triggersignalen, omvandlad till en 12V triggersignal för att trigga baksidan av tyristorledningen och för att göra 15V triggersignalen och avståndet mellan baksidan etapp.

Arbetsprincipen för kretsen är: på grund avMOSFETIRF640 drivspänning på 15V, så först av allt, i J1 tillgång till 15V fyrkantsvågsignal, genom motståndet R4 ansluten till regulatorn 1N4746, så att triggerspänningen är stabil, men också för att göra triggerspänningen inte för hög , brände MOSFET, och sedan till MOSFET IRF640 (i själva verket är detta ett kopplingsrör, kontrollen av den bakre delen av öppning och stängning Styr baksidan av på- och avstängningen), efter att ha kontrollerat drivsignalens driftcykel, för att kunna styra på- och avstängningstiden för MOSFET. När MOSFET är öppen, motsvarande dess D-poljord, avstängd när den är öppen, efter back-end-kretsen motsvarande 24 V. Och transformatorn är genom spänningsändringen för att göra den högra änden av 12 V-utgångssignalen . Transformatorns högra ände ansluts till en likriktarbrygga och sedan matas 12V-signalen ut från kontakt X1.

Problem som uppstod under experimentet

Först och främst, när strömmen slogs på, gick säkringen plötsligt, och senare när man kontrollerade kretsen fann man att det fanns ett problem med den ursprungliga kretsdesignen. Inledningsvis, för att förbättra effekten av dess omkopplingsrörsutgång, suspenderas 24V jord- och 15V-jordseparationen, vilket gör att MOSFET:s gate G-pol motsvarar baksidan av S-polen, vilket resulterar i falsk triggning. Behandlingen är att koppla ihop 24V och 15V jord, och igen för att stoppa experimentet fungerar kretsen normalt. Kretsanslutning är normal, men när man deltar i drivsignalen, MOSFET-värme, plus drivsignalen under en viss tid, går säkringen, och lägg sedan till drivsignalen, säkringen går direkt. Kontrollera kretsen som upptäckte att drivsignalens högnivådriftscykel är för stor, vilket resulterar i att MOSFET-starttiden är för lång. Designen av denna krets gör att när MOSFET är öppen, 24V läggs direkt till ändarna av MOSFET, och inte lägger till ett strömbegränsande motstånd, om på-tiden är för lång för att göra strömmen för stor, MOSFET-skada, Behovet av att reglera signalens arbetscykel kan inte vara för stort, vanligtvis i 10% till 20% eller så.

2.3 Verifiering av drivkretsen

För att verifiera drivkretsens genomförbarhet använder vi den för att driva tyristorkretsen ansluten i serie med varandra, tyristorn i serie med varandra och sedan antiparallell, åtkomst till kretsen med induktiv reaktans, strömförsörjningen är 380V AC spänningskälla.

MOSFET i denna krets triggar tyristorn Q2, Q8-signalen genom G11- och G12-accessen, medan Q5, Q11 triggar signalen genom G21, G22-accessen. Innan drivsignalen tas emot till tyristorgrindnivån, för att förbättra anti-interferensförmågan hos tyristorn, ansluts tyristorns gate till ett motstånd och en kondensator. Denna krets ansluts till induktorn och sätts sedan in i huvudkretsen. Efter att ha kontrollerat tyristorns ledningsvinkel för att styra den stora induktorn till huvudkretstiden, de övre och nedre kretsarna för fasvinkeln för triggersignalskillnaden på en halv cykel, är den övre G11 och G12 en triggersignal hela vägen genom drivkretsen för det främre steget av isoleringstransformatorn är isolerade från varandra, är den nedre G21 och G22 också isolerad från samma sätt som signalen. De två triggersignalerna utlöser antiparallell tyristorkrets positiv och negativ ledning, ovanför 1 kanalen är ansluten till hela tyristorkretsens spänning, i tyristorledningen blir den 0, och 2, 3 kanal ansluts till tyristorkretsen upp och ner vägtriggersignalen mäts 4-kanalen av flödet av hela tyristorströmmen.

2-kanals uppmätta en positiv triggersignal, triggad över tyristorns ledning, strömmen är positiv; 3 kanal mätte en omvänd triggersignal, utlöser den nedre kretsen av tyristorledningen, strömmen är negativ.

3. IGBT-drivkrets för seminariet IGBT-drivkrets har många speciella önskemål, sammanfattat:

(1) driva hastigheten för ökning och fall av spänningspulsen bör vara tillräckligt stor. igbt slå på, läggs framkanten av den branta grindspänningen till grinden G och emittern E mellan grinden, så att den snabbt slås på för att nå den kortaste påslagningstiden för att minska påslagningsförlusterna. I IGBT-avstängningen bör grinddrivkretsen tillhandahålla IGBT-landningskanten är mycket brant avstängningsspänning, och till IGBT-grinden G och sändaren E mellan lämplig backspänning, så att IGBT-snabba avstängningen, förkortar avstängningstiden, minskar avstängningsförlusten.

(2) Efter IGBT-ledning bör drivspänningen och strömmen som tillhandahålls av grinddrivkretsen vara tillräcklig amplitud för IGBT-drivspänningen och -strömmen, så att uteffekten från IGBT alltid är i ett mättat tillstånd. Transient överbelastning, den drivkraft som tillhandahålls av grinddrivkretsen bör vara tillräcklig för att säkerställa att IGBT inte lämnar mättnadsområdet och skadar.

(3) IGBT-grinddrivkretsen bör ge IGBT positiv drivspänning för att ta det lämpliga värdet, särskilt i kortslutningsprocessen för utrustningen som används i IGBT, bör den positiva drivspänningen väljas till det lägsta värdet som krävs. Switching applicering av gate-spänningen för IGBT bör vara 10V ~ 15V för det bästa.

(4) IGBT-avstängningsprocess, den negativa förspänningen som appliceras mellan gate-sändaren bidrar till den snabba avstängningen av IGBT, men bör inte tas för stor, vanlig ta -2V till -10V.

(5) i fallet med stora induktiva belastningar är för snabb omkoppling skadlig, stora induktiva belastningar i IGBT-snabbstart och avstängning kommer att producera högfrekventa och hög amplitud och smal bredd på spikspänningen Ldi / dt , spiken är inte lätt att absorbera, lätt att skada enheten.

(6) Eftersom IGBT används på högspänningsställen, så bör drivkretsen vara med hela styrkretsen i potential för allvarlig isolering, vanlig användning av höghastighets optisk kopplingsisolering eller transformatorkopplingsisolering.

Drivkretsstatus

Med utvecklingen av integrerad teknik styrs den nuvarande IGBT-grinddrivkretsen mestadels av integrerade chips. Kontrollläget är fortfarande huvudsakligen tre typer:

(1) direkt triggningstyp ingen elektrisk isolering mellan in- och utsignalerna.

(2) transformatorisolering mellan ingångs- och utgångssignalerna med hjälp av pulstransformatorisolering, isolationsspänningsnivå upp till 4000V.

Det finns 3 tillvägagångssätt enligt följande

Passivt tillvägagångssätt: utsignalen från den sekundära transformatorn används för att direkt driva IGBT, på grund av begränsningarna för volt-sekund-utjämningen, är den endast tillämpbar på platser där arbetscykeln inte förändras mycket.

Aktiv metod: transformatorn ger bara isolerade signaler, i den sekundära plastförstärkarkretsen för att driva IGBT, är drivvågformen bättre, men behovet av att tillhandahålla separat hjälpkraft.

Självförsörjningsmetod: pulstransformator används för att överföra både drivenergi och högfrekvent modulerings- och demoduleringsteknik för överföring av logiska signaler, uppdelad i självförsörjningsmetod av moduleringstyp och självförsörjning med tidsdelningsteknologi, där moduleringen -typ självförsörjande ström till likriktarbryggan för att generera den erforderliga strömförsörjningen, högfrekvensmodulering och demoduleringsteknik för att överföra logiska signaler.

3. Kontakt och skillnad mellan tyristor och IGBT-drivenhet

Tyristor och IGBT drivkrets har en skillnad mellan liknande centrum. Först av allt krävs de två drivkretsarna för att isolera omkopplingsanordningen och styrkretsen från varandra, för att undvika att högspänningskretsar påverkar styrkretsen. Sedan appliceras båda på grinddrivsignalen för att trigga omkopplingsanordningen på. Skillnaden är att tyristordriften kräver en strömsignal, medan IGBT kräver en spänningssignal. Efter växlingsanordningens ledning har tyristorns grind tappat kontrollen över användningen av tyristorn, om du vill stänga av tyristorn bör tyristorterminalerna läggas till omvänd spänning; och IGBT-avstängning behöver bara läggas till grinden för den negativa drivspänningen för att stänga av IGBT.

4. Slutsats

Detta papper är huvudsakligen uppdelat i två delar av berättelsen, den första delen av tyristordrivkretsens begäran om att stoppa berättelsen, designen av motsvarande drivkrets och designen av kretsen appliceras på den praktiska tyristorkretsen genom simulering och experiment för att bevisa genomförbarheten av drivkretsen, den experimentella processen som påträffades i analysen av problemen stoppades och åtgärdades. Den andra delen av huvuddiskussionen om IGBT på begäran av drivkretsen, och på grundval av detta för att ytterligare introducera den nuvarande vanliga IGBT-drivkretsen, och den huvudsakliga optokopplarens isoleringsdrivkrets för att stoppa simuleringen och experimentet, för att bevisa drivkretsens genomförbarhet.