استفاده از دستگاه قدرت الکترونیکی IGBT
ما یک شرکت چاپ بزرگ در شنژن چین هستیم. ما تمام نشریات چاپی، چاپ کتاب های سختگیرانه، چاپ کتاب های کاغذی، نوت بوک های سخت افزاری، چاپ کتاب های چوبی، نسخه چاپ کتاب، چاپ بروشور، جعبه بسته بندی، تقویم، انواع PVC، بروشورهای محصول، یادداشت ها، کتاب های کودکان، برچسب ها، همه انواع کاغذ مخصوص چاپ رنگ، کارت بازی و غیره.
برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید به
http://www.joyful-printing.com. ENG فقط
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
ایمیل: info@joyful-printing.net
IGBT ها به طور گسترده ای در دستگاه های الکترونیکی قدرت نشان داده شده توسط مبدل ها و انواع مختلف منبع تغذیه استفاده می شود. IGBT ترکیبی از مزایای ترانزیستورهای قدرت دوقطبی و MOSFET های قدرت است و دارای مزایای استفاده از کنترل ولتاژ، امپدانس ورودی بزرگ، قدرت رانندگی کوچک، مدار کنترل ساده، کم سوئیچینگ، سرعت سوئیچینگ و فرکانس بالا است.
با این حال، IGBT ها، مانند سایر دستگاه های قدرت، به شرایط مدار و محیط های تعویض بستگی دارند. بنابراین، مدار رانندگی و حفاظت از IGBT مشکل و تمرکز طراحی مدار است، و این کلید پیوند کل عملیات دستگاه است.
1 ویژگی های عملکرد IGBT
IGBT یک دستگاه کنترل ولتاژ است که نیاز به درایو و قدرت درایو بسیار کم دارد و می تواند به طور مستقیم به یک تابع تطبیقی آنالوگ یا دیجیتال بدون هیچ گونه مدار رابط اضافی متصل شود. روشن کردن و خاموش کردن IGBT توسط ولتاژ ولتاژ UGE کنترل می شود. هنگامی که UGE بزرگتر از ولتاژ UGE (th) است، IGBT روشن است. هنگامی که سیگنال معکوس یا غیر بین گیت و فرستنده اعمال می شود، IGBT خاموش می شود. شکسته شده.
مثل ترانزیستور معمولی، IGBT می تواند در منطقه تقویت خطی، منطقه اشباع و منطقه برش کار کند و عمدتا به عنوان یک دستگاه سوئیچینگ استفاده می شود. در مدار درایو، حالت اشباع و خاموش IGBT به طور عمده مورد مطالعه قرار گرفته است، به طوری که لبه رو به افزایش و لبه سقوط خاموش است شیب دار.
2 IGBT مورد نیاز مدار
هنگام طراحی یک درایور IGBT باید نکات زیر را مشاهده کرد.
1) مقدار ولتاژ دیسک در جلو، تأثیر مهمی در عملکرد مدار داشته و باید به درستی انتخاب شود. هنگامی که ولتاژ درایو جلو افزایش می یابد، مقاومت در برابر IGBT کاهش می یابد، به طوری که از دست دادن خاموش شدن کاهش می یابد. با این حال، اگر ولتاژ درایو جلو بیش از حد بزرگ باشد، جریان جریان کوتاه اتصال با UGE هنگامی که بار کوتاه است متصل است، که باعث می شود IGBT یک اثر برگزاری، که منجر به شکست دروازه. در نتیجه، IGBT آسیب دیده است؛ اگر ولتاژ رانندگی پیش رو خیلی کوچک باشد، IGBT از منطقه هدایت اشباع خارج می شود و وارد منطقه ی تقویت خطی می شود و باعث می شود IGBT بیش از حد گرم شود و آسیب برساند. در استفاده، 12V ≤ UGE ≤ 18V ترجیح داده می شود. ولتاژ تعصب منفی دروازه مانع از ورود IGBT به اشتباه به دلیل جریان بیش از حد شدید در خاموش شدن می شود. به طور کلی، یک ولتاژ تعویضی منفی 5V انتخاب می شود. علاوه بر این، مدار رانندگی باید پس از ورود IGBT ولتاژ و ولتاژ کافی را فراهم کند، به طوری که IGBT از منطقه هدایت اشباع خارج نمی شود و در شرایط کار و بار اضافی بارها آسیب دیده است.
2) روشن کردن و خاموش کردن IGBT سریع برای افزایش فرکانس عملکرد و کاهش تلفات سوئیچینگ سودمند است. با این حال، فرکانس سوئیچینگ IGBT نباید بیش از حد بزرگ در بارهای القایی بزرگ باشد، چرا که روشن و خاموش شدن با سرعت بالا منجر به ولتاژ پیک بالا می شود که ممکن است باعث از بین رفتن IGBT یا سایر اجزا شود.
3) انتخاب رگولاتور سری RG و ظرفیت خازن دروازه CG برای رانندگی IGBT مهم است. RG کوچک است، زمان تخلیه بار تخلیه بین فرستنده های گیتار نسبتا کوچک است، که باعث می شود جریان بزرگ در روشن شدن، که IGBT آسیب می رساند؛ RG بزرگتر است، که برای جلوگیری از dvce / dt سودمند است، اما زمان سوئیچینگ و تعویض از بین رفتن IGBT را افزایش می دهد. . CG مناسب برای سرکوب dic / dt خوب است، CG بیش از حد بزرگ است و زمان به تعویق افتاده است. اگر CG خیلی کوچک باشد، اثر سرکوب dic / dt واضح نیست.
4) هنگامی که IGBT خاموش است، ولتاژ gate-emmitter به راحتی توسط پارامترهای پارازیتی IGBT و مدار مختل می شود و باعث می شود که ولتاژ gate-emitter سبب ناسازگاری دستگاه شود. برای جلوگیری از این اتفاق، مقاومت می تواند به صورت موازی بین دروازه ها متصل شود. علاوه بر این، در کاربرد عملی، به منظور جلوگیری از تکان های ولتاژ بالا در مدار رانندگی دروازه، بهتر است اتصال دو دیود Zener سری zener به طور موازی بین مشبک ها، و مقررات ولتاژ باید همانند مثبت و منفی ولتاژ گیت
3 مدار HCPL-316J درایو
3.1 HCPL-316J ساختار داخلی و اصل کار
اگر IGBT دارای سیگنال بیش از حد جریان (پین 14 ولتاژ جمع کننده IGBT = 7V را تشخیص می دهد) و سیگنال ورودی درایو همچنان به پین 1 اعمال می شود، سیگنال ولتاژ پایین پایین است و خروجی B کم است، سوم سطح Darlington لوله خاموش است، 1 × DMOS روشن است، و ولتاژ بین دروازه های IGBT به آرامی کاهش می یابد برای دستیابی به ولتاژ افت افتاده آهسته است. هنگامی که VOUT = 2V، یعنی VOUT خروجی سطح پایین، نقطه C به سطح پایین می رسد، نقطه B سطح بالا است، 50 × DMOS روشن است، و آرایه دروازه IGBT به سرعت تخلیه می شود. سیگنال خط خطای عبور می کند از طریق optocoupler، و سپس از طریق flip-flop RS عبور می کند، و خروجی Q بالا است، به طوری که optocoupler ورودی مسدود شده است. به همین ترتیب، امکان تحلیل وضعیت کم ولتاژ و وضعیت کم ولتاژ و جریان بیش از حد وجود دارد.
3.2 طراحی مدار رانندگی
VIN +، FAULT و RESET در سمت چپ HCPL-316J به ترتیب به میکرو کامپیوتر متصل می شوند. R7، R8، R9، D5، D6 و C12 حفاظت ورودی را برای جلوگیری از آسیب رساندن به IGBT فراهم می کند، اما حفاظت مدار تاخیری حدود 1μs ایجاد می کند که برای فرکانس سوئیچینگ بیش از 100kHz نیست. Q3 مهمترین تابع متصل است. هنگامی که هر دو سیگنال PWM (همان بازوی پل) سطح بالا هستند، Q3 روشن است، سطح پایین ورودی را می کشد، به طوری که خروجی نیز کم است. سیگنال های اینترکلاسیک اینترکال و اینترلوک 2 در شکل 3 به ترتیب به اینترفیس 316J و اینترفیس 1 متصل می شوند. R1 و C2 در تقویت و فیلتر کردن سیگنال خطا نقش دارند. وقتی یک سیگنال تداخل وجود دارد، میکرو رایانه می تواند اطلاعات را به درستی قبول کند.
در خروجی، R5 و C7 مربوط به سرعت که در آن IGBT روشن است و از دست دادن سوئیچینگ. افزایش C7 می تواند به طور قابل توجهی کاهش dic / dt. ابتدا محاسبه مقاومت دروازه: جایی که ION جرقه فعلی در هنگام ورود به IGBT تزریق می شود. به منظور روشن شدن IGBT، مقدار IONMAX 20A است. خروجی پایین سطح VOL = 2V.
C3 یک پارامتر بسیار مهم است، مهمترین آن تاخیر شارژ است. هنگامی که سیستم شروع به کار می کند و تراشه شروع به کار می کند، از آنجا که ولتاژ ترمینال جمع کننده C IGBT هنوز خیلی بزرگتر از 7V است، اگر C3 وجود نداشته باشد، سیگنال خطای اتصال کوتاه به صورت اشتباه صادر می شود و خروجی مستقیما خاموش خواهد شد هنگامی که تراشه به طور طبیعی کار می کند، اگر ولتاژ جمع کننده بلافاصله افزایش یابد، بلافاصله به حالت طبیعی برمی گردد. اگر C3 وجود نداشته باشد، یک خطای سیگنال صادر می شود تا IGBT به اشتباه خاموش شود. با این حال، اگر مقدار C3 بیش از حد بزرگ باشد، پاسخ سیستم کند خواهد شد، و در صورت اشباع، IGBT ممکن است در طی زمان تأخیر سوزانده شود و اثر حفاظت درست بدست نیامد. مقدار C3 100pF است و زمان تاخیر است
در مدار تشخیص جمع کننده، دو دیود به صورت سری متصل می شوند، که می تواند ولتاژ مقاومت در برابر معکوس را بهبود بخشد، در نتیجه سطح ولتاژ رانندگی را افزایش می دهد، اما زمان بازیابی معکوس دیود کوچک است و هر ولتاژ مقاومت در برابر معکوس 1000V است. به طور کلی، BYV261E انتخاب شده است، و زمان بازیابی معکوس 75 ns است. نقش R4 و C5 برای حفظ ویژگی های نرم خاموش کردن HCLP-316J پس از سیگنال بیش از حد جریان است. اصل این است که C5 از طریق تخلیه MOSFET داخلی خاموش می شود. در شکل 3، ولتاژ خروجی VOUT از طریق دو خروجی فشاری سه گانه سریع می گذرد، که می تواند جریان را تا 20A جابجا کند، و می تواند به سرعت IGBT های 1700 و 200-300 را وارد کند.
3.3 طراحی منبع تغذیه درایو
در طراحی درایو، یک منبع تغذیه پایدار تضمین می کند که IGBT به درستی کار می کند. منبع تغذیه تغییرات رو به جلو، توانایی ضد تداخل قوی، بدون سلف فیلتر در طرف ثانویه و امپدانس ورودی پایین را تصویب می کند، به طوری که در ولتاژ های سنگین ولتاژ خروجی منبع تغذیه پایدار است.
هنگامی که s روشن است، ولتاژ 12 ولت (برای منبع تغذیه نسبتا پایدار، دقت بالا) به طرف اصلی ترانسفورماتور و سیم پیچ اتصال به S اعمال می شود و طرف ثانویه از طریق اتصال انرژی حل می شود. هنگامی که S خاموش است، انرژی هسته به منبع تغذیه از طریق دیود اولیه و سیم پیچ اتصال آن به منظور بازنشانی هسته ترانسفورماتور تغذیه می شود. تایمر 555 به یک مولتی ویبراتور وصل شده است. پتانسیل پا 2 و پا 6 بین شارژ و تخلیه C1 بین 4 و 8 V تغییر می کند به طوری که پا 3 یک سیگنال موج مربعی ولتاژ خروجی را تولید می کند و سیگنال موج مربعی برای کنترل باز شدن S استفاده می شود. و تعطیل کردن + 12V باطری C1 از طریق R1 و D2، زمان شارژ آن t1 ≈ R1C2ln2 است؛ زمان تخلیه t2 = R2C1ln2، هنگامی که شارژ می شود، سطح بالا خروجی می شود و هنگام تخلیه خروجی پایین می رود. بنابراین وظیفه = t1 / (t1 + t2).
ترانسفورماتور با توجه به پارامترهای زیر طراحی شده است: سمت اصلی به 12V متصل است، فرکانس 60 کیلوهرتز است، و شدت القایی القای کار Bw O. 15T، ثانویه سمت + 15V خروجی 2A، خروجی 1A -5V، بازده n = 80٪، عامل پر شدن پنجره Km است O. عامل پر کننده هسته Kc برابر 1 است، و تراکم سیم جوش کویل d 3 A / mm2 است. توان خروجی
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64W.
از آنجا که ولتاژ خروجی از منبع تغذیه راننده پس از بارگیری کاهش می یابد، در نظر گرفتن افزایش فرکانس وظیفه برای تثبیت ولتاژ خروجی در عملیات عملی را در نظر بگیرید.
4. نتیجه گیری
این مقاله یک مدار رانندگی طراحی می کند که می تواند IGBT 1400V، 200 ~ 300A را رانندگی کند. همپوشانی دو IGBT (همان بازوی پل) بر روی سخت افزار شناخته شده است و یک منبع قدرت رانده شده که قادر است به طور مستقیم قدرت را برای دو IGBT طراحی کند.
HCPL-316J را می توان به دو قسمت تقسیم کرد: ورودی IC (سمت چپ) و IC خروجی (راست). ورودی و خروجی می تواند به طور کامل با الزامات درایو IGBT با ولتاژ بالا و قدرت بالا کاملا منطبق باشد.
عملکرد هر پین به شرح زیر است:
پین 1 (VIN +) ورودی ورودی سیگنال؛
پین 2 (VIN-) ورودی سیگنال معکوس؛
پین 3 (VCG1) به منبع تغذیه ورودی متصل است.
زمین ورودی پین 4 (GND)؛
پا 5 (RESERT) ورودی بازنشانی تراشه؛
خروجی خطای 6 (FAULT)، هنگامی که یک خطا رخ می دهد (ولتاژ کم ولتاژ مستقیم یا اتصال کوتاه IGBT)، سیگنال خطا از طریق optocoupler خارج می شود؛
پین 7 (VLED1 +) optocoupler تست پین، تعلیق؛
پین 8 (VLED1-) پایه است
پین 9، پا 10 (VEE) ولتاژ تعویضی معکوس را به IGBT ارائه می دهد؛
پین 11 (VOUT) خروجی یک سیگنال درایو را برای رانندگی IGBT؛
پا 12 (VC) سه مرحله دارلینگتون لوله جمع کننده منبع تغذیه؛
پین 13 (VCC2) منبع ولتاژ را درایو می کند.
شناسایی جریان کوتاه IGBT پین 14 (DESAT)؛
Pin 15 (VLED2 +) optocoupler test pin، suspension؛
پا 16 (VE) یک زمین مرجع تولید می کند.
اگر VIN + به طور معمول ورودی باشد، پین 14 دارای سیگنال بیش از حد نیست و VCC2-VE = 12v به این معنی است که ولتاژ دیسک خروجی پیش فرض طبیعی است، سیگنال درایو خروجی بالا را نشان می دهد و سیگنال خطا و سیگنال ولتاژ پایین پایین خروجی را پایین می آورد. اول، سه سیگنال ورودی به JP3 هستند، D کم است، B کم است، و DMOS 50 × خاموش است. در این زمان، چهار حالت از ورودی JP1 پایین، بالا، پایین و پایین از بالا به پایین است، و نقطه بالا نقطه A درایو سه مرحله Darlington لوله روشن، و IGBT نیز روشن شد