¿Cuál es el principio del circuito impulsor de un MOSFET de alta potencia?

El mismo MOSFET de alta potencia, el uso de diferentes circuitos de accionamiento obtendrá diferentes características de conmutación. El uso de un buen rendimiento del circuito de accionamiento puede hacer que el dispositivo de conmutación de potencia funcione en un estado de conmutación relativamente ideal, mientras que acorta el tiempo de conmutación, reduce las pérdidas de conmutación, la instalación de la eficiencia operativa, la confiabilidad y la seguridad son de gran importancia. Por lo tanto, las ventajas y desventajas del circuito de accionamiento afectan directamente al rendimiento del circuito principal, la racionalización del diseño del circuito de accionamiento es cada vez más importante. El tiristor de tamaño pequeño, peso ligero, alta eficiencia, larga vida útil, fácil de usar, puede detener fácilmente el rectificador y el inversor y no puede cambiar la estructura del circuito bajo la premisa de cambiar el tamaño de la corriente del rectificador o del inversor. IGBT es un compuesto dispositivo deMOSFETy GTR, que tiene las características de velocidad de conmutación rápida, buena estabilidad térmica, pequeña potencia de accionamiento y circuito de accionamiento simple, y tiene las ventajas de una pequeña caída de voltaje en estado encendido, alto voltaje soportado y alta corriente de aceptación. Los IGBT como dispositivo de salida de energía convencional, especialmente en lugares de alta potencia, se han utilizado comúnmente en varias categorías.

El circuito de activación ideal para dispositivos de conmutación MOSFET de alta potencia debe cumplir los siguientes requisitos:

(1) Cuando se enciende el tubo de conmutación de potencia, el circuito impulsor puede proporcionar una corriente base de rápido aumento, de modo que haya suficiente potencia motriz cuando se enciende, reduciendo así la pérdida de encendido.

(2) Durante la conducción del tubo de conmutación, la corriente de base proporcionada por el circuito controlador MOSFET puede garantizar que el tubo de alimentación esté en estado de conducción saturado bajo cualquier condición de carga, asegurando una pérdida de conducción comparativamente baja. Para reducir el tiempo de almacenamiento, el dispositivo debe estar en un estado de saturación crítico antes de apagarse.

(3) apagado, el circuito de accionamiento debe proporcionar suficiente accionamiento de base inversa para extraer rápidamente los portadores restantes en la región de base para reducir el tiempo de almacenamiento; y agregue un voltaje de corte de polarización inversa, de modo que la corriente del colector caiga rápidamente para reducir el tiempo de aterrizaje. Por supuesto, el apagado del tiristor sigue siendo principalmente por la caída de voltaje del ánodo inverso para completar el apagado.

En la actualidad, el tiristor se acciona con un número comparable de solo a través del transformador o del aislamiento del optoacoplador para separar el extremo de bajo voltaje y el extremo de alto voltaje, y luego a través del circuito de conversión para impulsar la conducción del tiristor. En el IGBT para el uso actual de más módulos de accionamiento IGBT, pero también IGBT integrado, sistema de automantenimiento, autodiagnóstico y otros módulos funcionales del IPM.

En este artículo, para el tiristor que utilizamos, diseñamos un circuito de control experimental y detenemos la prueba real para demostrar que puede controlar el tiristor. En cuanto al accionamiento de IGBT, este artículo presenta principalmente los principales tipos actuales de accionamiento IGBT, así como su circuito de accionamiento correspondiente y el accionamiento de aislamiento por optoacoplador más utilizado para detener el experimento de simulación.

2. Estudio del circuito de accionamiento del tiristor. En general, las condiciones de funcionamiento del tiristor son:

(1) el tiristor acepta el voltaje del ánodo inverso, independientemente de qué tipo de voltaje acepte la puerta, el tiristor está en estado apagado.

(2) El tiristor acepta voltaje directo del ánodo, solo en el caso de que la compuerta acepte un voltaje positivo, el tiristor está encendido.

(3) Tiristor en condición de conducción, solo un cierto voltaje positivo del ánodo, independientemente del voltaje de la compuerta, el tiristor insiste en la conducción, es decir, después de la conducción del tiristor, la compuerta se pierde. (4) tiristor en la condición de conducción, cuando el voltaje (o corriente) del circuito principal se reduce a casi cero, el tiristor se apaga. Elegimos el tiristor TYN1025, su voltaje soportado es de 600 V a 1000 V, corriente de hasta 25 A. Requiere que el voltaje del accionamiento de la puerta sea de 10 V a 20 V, la corriente del accionamiento sea de 4 mA a 40 mA. y su corriente de mantenimiento es de 50mA, la corriente del motor es de 90mA. Ya sea DSP o CPLD, la amplitud de la señal de disparo es de hasta 5 V. En primer lugar, siempre que la amplitud de 5 V se convierta en 24 V, y luego a través de un transformador de aislamiento 2:1 para convertir la señal de disparo de 24 V en una señal de disparo de 12 V, mientras se completa la función de aislamiento de voltaje superior e inferior.

Diseño y análisis de circuitos experimentales.

En primer lugar, el circuito de refuerzo, debido al circuito del transformador de aislamiento en la etapa trasera delMOSFETEl dispositivo necesita una señal de disparo de 15 V, por lo que primero es necesario amplificar la señal de disparo de 5 V en una señal de disparo de 15 V, a través de la señal MC14504 de 5 V, convertida en una señal de 15 V, y luego a través del CD4050 en la salida de la señal de accionamiento de 15 V, canal 2. está conectado a la señal de entrada de 5 V, el canal 1 está conectado a la salida. El canal 2 está conectado a la señal de entrada de 5 V, el canal 1 está conectado a la salida. de la señal de disparo de 15V.

La segunda parte es el circuito del transformador de aislamiento, la función principal del circuito es: la señal de disparo de 15 V, convertida en una señal de disparo de 12 V para activar la parte posterior de la conducción del tiristor y para hacer la señal de disparo de 15 V y la distancia entre la parte posterior. escenario.

El principio de funcionamiento del circuito es: debido a laMOSFETEl voltaje de accionamiento IRF640 es de 15 V, por lo que, en primer lugar, en J1 acceda a la señal de onda cuadrada de 15 V, a través de la resistencia R4 conectada al regulador 1N4746, para que el voltaje del disparador sea estable, pero también para que el voltaje del disparador no sea demasiado alto. , MOSFET quemado y luego al MOSFET IRF640 (de hecho, este es un tubo de conmutación, el control del extremo posterior de apertura y cierre. Controle el extremo posterior del encendido y apagado), después de controlar el ciclo de trabajo de la señal del variador, para poder controlar el tiempo de encendido y apagado del MOSFET. Cuando el MOSFET está abierto, equivalente a su tierra del polo D, apagado cuando está abierto, después del circuito de fondo equivalente a 24 V. Y el transformador pasa por el cambio de voltaje para hacer el extremo derecho de la señal de salida de 12 V. . El extremo derecho del transformador está conectado a un puente rectificador y luego la señal de 12 V sale del conector X1.

Problemas encontrados durante el experimento.

En primer lugar, cuando se encendió la energía, el fusible se fundió repentinamente y luego, al verificar el circuito, se descubrió que había un problema con el diseño del circuito inicial. Inicialmente, para mejorar el efecto de la salida del tubo de conmutación, se suspende la separación de tierra de 24 V y 15 V, lo que hace que el polo G de la puerta del MOSFET sea equivalente a la parte posterior del polo S, lo que resulta en una activación falsa. El tratamiento consiste en conectar la tierra de 24 V y 15 V juntos, y nuevamente para detener el experimento, el circuito funciona normalmente. La conexión del circuito es normal, pero cuando participa en la señal de manejo, el calor MOSFET, más la señal de manejo por un período de tiempo, el fusible se funde, y luego agrega la señal de manejo, el fusible se quema directamente. Verifique el circuito y descubrió que el ciclo de trabajo de alto nivel de la señal del variador es demasiado grande, lo que hace que el tiempo de encendido del MOSFET sea demasiado largo. El diseño de este circuito hace que cuando el MOSFET se abre, se agreguen 24 V directamente a los extremos del MOSFET y no se agregue una resistencia limitadora de corriente; si el tiempo de encendido es demasiado largo para que la corriente sea demasiado grande, se dañará el MOSFET. la necesidad de regular el ciclo de trabajo de la señal no puede ser demasiado grande, generalmente entre el 10% y el 20% aproximadamente.

2.3 Verificación del circuito de accionamiento

Para verificar la viabilidad del circuito de accionamiento, lo utilizamos para accionar el circuito de tiristores conectados en serie entre sí, los tiristores en serie entre sí y luego en antiparalelo, acceso al circuito con reactancia inductiva, la fuente de alimentación. es una fuente de voltaje de 380 V CA.

MOSFET en este circuito, el tiristor Q2, Q8 activa la señal a través del acceso G11 y G12, mientras que Q5, Q11 activa la señal a través del acceso G21, G22. Antes de recibir la señal de accionamiento al nivel de la puerta del tiristor, para mejorar la capacidad antiinterferencia del tiristor, la puerta del tiristor se conecta a una resistencia y un condensador. Este circuito se conecta al inductor y luego se coloca en el circuito principal. Después de controlar el ángulo de conducción del tiristor para controlar el inductor grande en el tiempo del circuito principal, los circuitos superior e inferior del ángulo de fase de la diferencia de señal de disparo de medio ciclo, el G11 superior y el G12 son una señal de disparo en todo momento. A través del circuito de accionamiento de la etapa frontal del transformador de aislamiento se aísla entre sí, el G21 inferior y el G22 también se aíslan de la misma manera la señal. Las dos señales de disparo activan la conducción positiva y negativa del circuito de tiristores antiparalelo, por encima del canal 1 está conectado a todo el voltaje del circuito de tiristores, en la conducción del tiristor se convierte en 0, y los canales 2, 3 están conectados al circuito de tiristores hacia arriba y hacia abajo. Las señales de disparo de la carretera, el canal 4 se mide por el flujo de toda la corriente del tiristor.

2 canales miden una señal de disparo positiva, activada por encima de la conducción del tiristor, la corriente es positiva; 3 canales miden una señal de disparo inverso, activando el circuito inferior de conducción del tiristor, la corriente es negativa.

3. El circuito de accionamiento IGBT del seminario El circuito de accionamiento IGBT tiene muchas solicitudes especiales, que se resumen:

(1) La velocidad de subida y bajada del impulso de voltaje debe ser suficientemente grande. Cuando se enciende igbt, el borde anterior del voltaje de compuerta pronunciado se agrega a la compuerta G y al emisor E entre la compuerta, de modo que se enciende rápidamente para alcanzar el tiempo de encendido más corto para reducir las pérdidas de encendido. En el apagado del IGBT, el circuito de accionamiento de la puerta debe proporcionar al borde de aterrizaje del IGBT un voltaje de apagado muy pronunciado, y a la puerta del IGBT G y al emisor E entre el voltaje de polarización inversa apropiado, de modo que el apagado rápido del IGBT, acorte el tiempo de apagado y reduzca la pérdida por cierre.

(2) Después de la conducción del IGBT, el voltaje y la corriente del accionamiento proporcionados por el circuito de accionamiento de la compuerta deben tener una amplitud suficiente para el voltaje y la corriente del accionamiento del IGBT, de modo que la salida de potencia del IGBT esté siempre en un estado saturado. Sobrecarga transitoria, la potencia de accionamiento proporcionada por el circuito de accionamiento de la compuerta debe ser suficiente para garantizar que el IGBT no salga de la región de saturación y se dañe.

(3) El circuito de accionamiento de compuerta IGBT debe proporcionar un voltaje de accionamiento positivo al IGBT para tomar el valor apropiado, especialmente en el proceso de operación de cortocircuito del equipo utilizado en el IGBT, el voltaje de accionamiento positivo debe seleccionarse al valor mínimo requerido. La aplicación de conmutación del voltaje de compuerta del IGBT debe ser de 10 V ~ 15 V, en el mejor de los casos.

(4) Durante el proceso de apagado del IGBT, el voltaje de polarización negativa aplicado entre la puerta y el emisor favorece el apagado rápido del IGBT, pero no debe tomarse demasiado grande; lo normal es tomar de -2 V a -10 V.

(5) en el caso de grandes cargas inductivas, una conmutación demasiado rápida es dañina, grandes cargas inductivas en el encendido y apagado rápido del IGBT producirán alta frecuencia, alta amplitud y ancho estrecho del voltaje de pico Ldi / dt , la punta no es fácil de absorber y es fácil que se dañe el dispositivo.

(6) Dado que el IGBT se utiliza en lugares de alto voltaje, el circuito de accionamiento debe estar con todo el circuito de control en un potencial de aislamiento severo, el uso normal de aislamiento de acoplamiento óptico de alta velocidad o aislamiento de acoplamiento de transformador.

Estado del circuito de accionamiento

Con el desarrollo de la tecnología integrada, el circuito actual de accionamiento de puerta IGBT está controlado principalmente por chips integrados. El modo de control sigue siendo principalmente de tres tipos:

(1) tipo de disparo directo sin aislamiento eléctrico entre las señales de entrada y salida.

(2) accionamiento de aislamiento del transformador entre las señales de entrada y salida mediante aislamiento del transformador de pulso, nivel de voltaje de aislamiento de hasta 4000 V.

Hay 3 enfoques de la siguiente manera

Enfoque pasivo: la salida del transformador secundario se utiliza para accionar directamente el IGBT; debido a las limitaciones de la ecualización voltio-segundo, solo es aplicable en lugares donde el ciclo de trabajo no cambia mucho.

Método activo: el transformador solo proporciona señales aisladas, en el circuito amplificador de plástico secundario para controlar el IGBT, la forma de onda del controlador es mejor, pero es necesario proporcionar energía auxiliar por separado.

Método de autoabastecimiento: el transformador de impulsos se utiliza para transmitir energía de accionamiento y tecnología de modulación y demodulación de alta frecuencia para la transmisión de señales lógicas, dividido en enfoque de autoabastecimiento de tipo modulación y autoabastecimiento de tecnología de tiempo compartido, en el que la modulación -Tipo de autoalimentación de energía al puente rectificador para generar la fuente de alimentación requerida, tecnología de modulación y demodulación de alta frecuencia para transmitir señales lógicas.

3. Contacto y diferencia entre tiristor y variador IGBT

El circuito de accionamiento de tiristor e IGBT tiene una diferencia entre centros similares. En primer lugar, se requiere que los dos circuitos de accionamiento aíslen el dispositivo de conmutación y el circuito de control entre sí, para evitar que los circuitos de alto voltaje tengan un impacto en el circuito de control. Luego, ambos se aplican a la señal del accionamiento de la puerta para activar el dispositivo de conmutación. La diferencia es que el tiristor requiere una señal de corriente, mientras que el IGBT requiere una señal de voltaje. Después de la conducción del dispositivo de conmutación, la puerta del tiristor ha perdido el control del uso del tiristor. Si desea apagar el tiristor, los terminales del tiristor deben agregarse al voltaje inverso; y el apagado del IGBT solo debe agregarse a la puerta del voltaje de conducción negativo para apagar el IGBT.

4. Conclusión

Este artículo se divide principalmente en dos partes de la narrativa, la primera parte de la solicitud del circuito de accionamiento de tiristor para detener la narrativa, el diseño del circuito de accionamiento correspondiente y el diseño del circuito se aplica al circuito de tiristor práctico, mediante simulación. y experimentación para demostrar la viabilidad del circuito de accionamiento, el proceso experimental encontrado en el análisis de los problemas detenidos y tratados. La segunda parte de la discusión principal sobre el IGBT sobre la solicitud del circuito de control, y sobre esta base, para presentar más el circuito de control IGBT de uso común actual y el circuito de control de aislamiento del optoacoplador principal para detener la simulación y el experimento, para probar la viabilidad del circuito de accionamiento.