Применение силового электронного устройства IGBT
Мы большая полиграфическая компания в Шэньчжэнь, Китай. Мы предлагаем все публикации книг, печать книг в твердом переплете, печать книг в твердом переплете, тетрадь в твердом переплете, печать книг sprial, печать книг с брошюровкой, печать упаковок, коробки, календари, все виды ПВХ, брошюры о продуктах, заметки, детские книги, наклейки, все виды специальной бумаги цветной полиграфической продукции, игровые карточки и т. д.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите
http://www.joyful-printing.com. Только ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
электронная почта: info@joyful-printing.net
IGBT широко используются в силовых электронных устройствах, представленных инверторами и различными типами источников питания. IGBT сочетает в себе преимущества биполярных силовых транзисторов и мощных полевых МОП-транзисторов и обладает преимуществами управления напряжением, большим входным сопротивлением, небольшой мощностью возбуждения, простой схемой управления, небольшими потерями при переключении, быстрой скоростью переключения и высокой рабочей частотой.
Однако IGBT, как и другие силовые электронные устройства, зависят от условий цепи и условий коммутации. Таким образом, схема управления и защиты IGBT является сложностью и направленностью конструкции схемы и является ключевым звеном всей работы устройства.
1 IGBT рабочие характеристики
IGBT - это устройство управления напряжением, которое требует очень мало тока привода и мощности привода и может быть напрямую подключено к аналоговому или цифровому функциональному блоку без каких-либо дополнительных схем интерфейса. Включение и выключение IGBT контролируется напряжением затвора UGE. Когда UGE больше, чем напряжение включения UGE (th), IGBT включается. Когда между затвором и эмиттером подается обратный сигнал или сигнал отсутствует, IGBT отключается. Разбитый.
Как и обычный транзистор, IGBT может работать в области линейного усиления, области насыщения и области среза, и он в основном используется в качестве переключающего устройства. В цепи возбуждения состояния включения и выключения IGBT в основном изучаются, так что передний фронт включения и задний фронт выключения являются крутыми.
2 Требования к цепи привода IGBT
Следующие пункты должны быть соблюдены при разработке драйвера IGBT.
1) Величина напряжения прямого привода затвора будет иметь важное влияние на производительность цепи и должна быть выбрана правильно. Когда напряжение прямого привода увеличивается, сопротивление IGBT уменьшается, поэтому потери при включении уменьшаются. Однако, если напряжение прямого привода слишком велико, ток короткого замыкания IC увеличивается с UGE, когда нагрузка короткозамкнута, что может привести к тому, что IGBT будет иметь эффект удержания, что приведет к отказу затвора. В результате IGBT поврежден; если прямое управляющее напряжение слишком мало, IGBT выходит из области проводимости насыщения и входит в область линейного усиления, вызывая перегрев и повреждение IGBT; при использовании 12 В ≤ UGE ≤ 18 В является предпочтительным. Отрицательное напряжение смещения затвора предотвращает неправильную проводку IGBT из-за чрезмерного импульсного тока во время отключения. Как правило, отрицательное напряжение смещения выбирается равным 5 В. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать достаточную амплитуду напряжения и тока после включения IGBT, чтобы IGBT не выходил из области проводимости насыщения и был поврежден при нормальных условиях работы и перегрузки.
2) Быстрое включение и выключение IGBT выгодно для увеличения рабочей частоты и уменьшения потерь при переключении. Тем не менее, частота переключения IGBT не должна быть слишком большой при больших индуктивных нагрузках, потому что при быстром включении и выключении это приведет к высокому пиковому напряжению, что может привести к поломке IGBT или других компонентов.
3) Выбор подходящего последовательного резистора RG затвора и емкости CG затвора важен для управления IGBT. RG мала, постоянная времени зарядки-разрядки между эмиттерами затвора относительно мала, что приведет к большому току при включении, что повредит IGBT; RG больше, что выгодно для подавления dvce / dt, но увеличит время переключения и потери на переключение IGBT. , Соответствующая CG хороша для подавления dic / dt, CG слишком велика, и время включения задерживается. Если CG слишком мала, эффект подавления dic / dt неочевиден.
4) Когда IGBT выключен, напряжение затвора-эмиттера легко нарушается паразитными параметрами IGBT и цепи, в результате чего напряжение затвора-излучателя приводит к неправильной проводимости устройства. Чтобы этого не случилось, резистор может быть подключен параллельно между затворами. Кроме того, в практических применениях, для предотвращения скачков высокого напряжения в схеме возбуждения затвора, предпочтительно подключать два диода Зенера с обратной последовательностью параллельно между решетками, и значение регулирования напряжения должно быть таким же, как положительное и отрицательное напряжение на затворе.
3 Схема привода HCPL-316J
3.1 Внутренняя структура и принцип работы HCPL-316J
Если IGBT имеет сигнал максимального тока (контакт 14 определяет напряжение на коллекторе IGBT = 7 В), и входной сигнал возбуждения продолжает подаваться на контакт 1, сигнал пониженного напряжения низкий, а выход B низкий, третий -уровень Дарлингтона Трубка выключена, 1 × DMOS включен, и напряжение между затворами IGBT медленно падает, чтобы достичь медленного падения напряжения на затворе. Когда VOUT = 2 В, то есть VOUT выводит низкий уровень, точка C становится низким уровнем, точка B является высоким уровнем, 50 × DMOS включается, и матрица затворов IGBT быстро разряжается. Сигнал на линии неисправности проходит через оптопару, а затем проходит через триггер RS, и на выходе Q высокий уровень, так что входная оптопара блокируется. Таким же образом можно проанализировать ситуацию только с пониженным напряжением, а также ситуацию с пониженным и повышенным током.
3.2 Схема привода
VIN +, FAULT и RESET на левой стороне HCPL-316J подключены к микрокомпьютеру соответственно. R7, R8, R9, D5, D6 и C12 обеспечивают защиту входа для предотвращения повреждения IGBT чрезмерным входным напряжением, но схема защиты будет генерировать задержку около 1 мкс, что не подходит для использования, когда частота переключения превышает 100 кГц. Q3 является наиболее важной функцией блокировки. Когда оба сигнала ШИМ (один и тот же мостовой мост) имеют высокий уровень, Q3 включается, что понижает уровень входного сигнала, так что выход также становится низким. Сигналы блокировки Interlock и Interlock2 на рисунке 3 подключены к другим 316J Interlock2 и Interlock1 соответственно. R1 и C2 играют роль в усилении и фильтрации сигнала неисправности. Когда есть сигнал помехи, микрокомпьютер может правильно принять информацию.
На выходе R5 и C7 связаны со скоростью, с которой IGBT включен, и потерями при переключении. Увеличение C7 может значительно уменьшить DIC / DT. Сначала рассчитайте сопротивление затвора: где ION - это ток затвора, подаваемый в IGBT при включении. Для быстрого включения IGBT значение IONMAX составляет 20А. Выходной низкий уровень VOL = 2v.
С3 является очень важным параметром, наиболее важным является задержка зарядки. Когда система запускается и микросхема начинает работать, так как напряжение на клемме C коллектора IGBT все еще намного больше, чем 7 В, если нет C3, сигнал ошибки короткого замыкания будет ошибочно выдан, и на выходе будет напрямую отключен. Когда микросхема работает нормально, если напряжение на коллекторе мгновенно возрастает, оно немедленно возвращается в нормальное состояние. Если C3 отсутствует, будет выдан сигнал об ошибке, чтобы IGBT отключился по ошибке. Однако, если значение C3 слишком велико, реакция системы будет медленной, и в случае насыщения IGBT может сгореть в течение времени задержки, и правильный защитный эффект не будет получен. Значение C3 составляет 100 пФ, а задержка равна времени
В схеме обнаружения коллектора два диода соединены последовательно, что может улучшить общее обратное выдерживаемое напряжение, тем самым увеличивая уровень напряжения возбуждения, но время обратного восстановления диода мало, и каждый обратный выдерживаемый уровень напряжения составляет 1000 В. Обычно выбирается BYV261E, а время обратного восстановления составляет 75 нс. Роль R4 и C5 заключается в сохранении характеристик плавного отключения HCLP-316J после сигнала максимального тока. Принцип заключается в том, что C5 обеспечивает плавное отключение через разрядку внутреннего полевого МОП-транзистора. На рисунке 3 выходное напряжение VOUT проходит через два двухтактных быстродействующих триода, которые могут подавать ток до 20 А и могут быстро возбуждать IGBT 1700 В, 200-300 А.
3.3 дизайн источника питания привода
В конструкции привода стабильное питание является гарантией правильной работы IGBT. Блок питания поддерживает прямое преобразование, обладает высокой способностью против помех, не имеет индуктивности фильтра на вторичной стороне и низким входным сопротивлением, поэтому выходное напряжение блока питания остается стабильным в условиях большой нагрузки.
Когда s включен, на первичную сторону трансформатора и обмотку, подключенную к S, подается напряжение + 12 В (для относительно стабильного источника питания, высокой точности), а вторичная сторона выпрямляется посредством энергетической связи. Когда S выключен, энергия сердечника возвращается к источнику питания через первичный диод и его подключенную обмотку для сброса сердечника трансформатора. Таймер 555 подключен к мультивибратору. Потенциал лапки 2 и лапки 6 изменяется между 4 и 8 В за счет зарядки и разрядки С1, так что лапка 3 выводит сигнал прямоугольной формы напряжения, а сигнал прямоугольной формы используется для управления открытием S. И закрывается. + 12 В заряжает С1 через R1 и D2, его время зарядки составляет t1≈R1C2ln2; время разряда t2 = R2C1ln2, он выдает высокий уровень при зарядке и выдает низкий уровень при разряде. Следовательно, коэффициент заполнения = t1 / (t1 + t2).
Трансформатор спроектирован в соответствии со следующими параметрами: исходная сторона подключена к + 12 В, частота составляет 60 кГц, а рабочая интенсивность магнитной индукции Bw составляет 0,15 Т, вторичная сторона + 15 В, выход 2А, -5 В, выход 1 А, КПД n = 80%, коэффициент заполнения окна Km равен О. 5. Коэффициент заполнения сердечника Kc равен 1, а плотность тока в катушечной проволоке d составляет 3 А / мм2. Выходная мощность
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64 Вт.
Поскольку выходное напряжение источника питания привода будет снижаться после нагрузки, рассмотрите возможность увеличения частоты и коэффициента заполнения для стабилизации выходного напряжения в практических приложениях.
4. Вывод
Этот документ разрабатывает схему управления, которая может управлять 1400 В, 200 ~ 300 А IGBT. Блокировка двух IGBT (один и тот же мостовой мост) реализована на аппаратном обеспечении, и разработан источник питания, способный напрямую подавать питание на два IGBT.
HCPL-316J можно разделить на две части: входная IC (слева) и выходная IC (справа). Вход и выход могут полностью соответствовать требованиям высокого напряжения и мощности IGBT-привода.
Функция каждого контакта следующая:
Вход 1 (VIN +) входной сигнал;
Контакт 2 (VIN-) обратного входного сигнала;
Контакт 3 (VCG1) подключен к входному источнику питания;
Земля входа вывода 4 (GND);
Вход для сброса микросхемы Foot 5 (RESERT);
Выход ошибки Fault 6 (НЕИСПРАВНОСТЬ), при возникновении ошибки (выходное напряжение пониженного напряжения или короткое замыкание IGBT) сигнал ошибки выводится через оптопару;
Контакт 7 (VLED1 +), тестовый контакт оптопары, подвеска;
Контакт 8 (VLED1-) заземлен;
Контакт 9, ножка 10 (VEE) подает напряжение обратного смещения на IGBT;
Вывод 11 (VOUT) выводит сигнал привода для управления IGBT;
Foot 12 (VC) трехступенчатый блок питания трубки Дарлингтона;
Контакт 13 (VCC2) управляет источником напряжения;
Контакт 14 (DESAT) обнаружение тока короткого замыкания IGBT;
Контакт 15 (VLED2 +) тестовый контакт оптопары, подвеска;
Нога 16 (VE) выводит опорное основание.
Если VIN + является нормальным входом, на контакте 14 отсутствует сигнал перегрузки по току, а VCC2-VE = 12 В означает, что выходное прямое напряжение привода нормальное, сигнал привода выдает высокий уровень, а сигнал неисправности и сигнал пониженного напряжения выводят низкий уровень. Сначала три сигнала вводятся в JP3, D - низкий уровень, B - низкий уровень, а 50 × DMOS выключен. В это время четыре состояния входа JP1 - низкий, высокий, низкий и низкий сверху вниз, а верхняя точка точки A приводит в действие включающую трехступенчатую трубу Дарлингтона, и IGBT также включенный.