Qual é o princípio do circuito de acionamento de um MOSFET de alta potência?

O mesmo MOSFET de alta potência, o uso de diferentes circuitos de acionamento obterá diferentes características de comutação. O uso de um bom desempenho do circuito de acionamento pode fazer com que o dispositivo de comutação de energia funcione em um estado de comutação relativamente ideal, ao mesmo tempo que encurta o tempo de comutação, reduz as perdas de comutação, a instalação da eficiência operacional, confiabilidade e segurança são de grande importância. Portanto, as vantagens e desvantagens do circuito de acionamento afetam diretamente o desempenho do circuito principal, a racionalização do projeto do circuito de acionamento é cada vez mais importante. Tiristor de tamanho pequeno, peso leve, alta eficiência, longa vida, fácil de usar, pode facilmente parar o retificador e o inversor, e não pode alterar a estrutura do circuito sob a premissa de alterar o tamanho do retificador ou da corrente do inversor.IGBT é um composto dispositivo deMOSFETe GTR, que possui as características de velocidade de comutação rápida, boa estabilidade térmica, pequena potência de acionamento e circuito de acionamento simples, e tem as vantagens de pequena queda de tensão no estado, alta tensão suportável e alta corrente de aceitação. O IGBT como dispositivo de saída de energia convencional, especialmente em locais de alta potência, tem sido comumente usado em várias categorias.

O circuito de acionamento ideal para dispositivos de comutação MOSFET de alta potência deve atender aos seguintes requisitos:

(1) Quando o tubo de comutação de energia é ligado, o circuito de acionamento pode fornecer uma corrente de base de aumento rápido, de modo que haja potência de acionamento suficiente quando for ligado, reduzindo assim a perda de ativação.

(2) Durante a condução do tubo de comutação, a corrente de base fornecida pelo circuito acionador MOSFET pode garantir que o tubo de alimentação esteja em estado de condução saturado sob qualquer condição de carga, garantindo uma perda de condução comparativamente baixa. Para reduzir o tempo de armazenamento, o dispositivo deve estar num estado crítico de saturação antes do desligamento.

(3) desligamento, o circuito de acionamento deve fornecer acionamento de base reversa suficiente para extrair rapidamente as portadoras restantes na região de base para reduzir o tempo de armazenamento; e adicione tensão de corte de polarização reversa, de modo que a corrente do coletor caia rapidamente para reduzir o tempo de pouso. Claro, o desligamento do tiristor ainda ocorre principalmente pela queda de tensão reversa do ânodo para completar o desligamento.

Atualmente, o tiristor aciona com um número comparável apenas através do transformador ou isolamento do optoacoplador para separar a extremidade de baixa tensão e a extremidade de alta tensão e, em seguida, através do circuito de conversão para acionar a condução do tiristor. No IGBT para o uso atual de mais módulos de acionamento IGBT, mas também IGBT integrado, automanutenção do sistema, autodiagnóstico e outros módulos funcionais do IPM.

Neste artigo, para o tiristor que usamos, projetamos um circuito de acionamento experimental e interrompemos o teste real para provar que ele pode acionar o tiristor. Quanto ao acionamento do IGBT, este artigo apresenta principalmente os principais tipos atuais de acionamento IGBT, bem como seu circuito de acionamento correspondente, e o acionamento de isolamento do optoacoplador mais comumente usado para interromper o experimento de simulação.

2. Estudo do circuito de acionamento do tiristor em geral as condições de operação do tiristor são:

(1) o tiristor aceita a tensão reversa do ânodo, independentemente da porta aceitar o tipo de tensão, o tiristor está no estado desligado.

(2) O tiristor aceita tensão anódica direta, somente no caso da porta aceitar uma tensão positiva o tiristor está ligado.

(3) Tiristor na condição de condução, apenas uma certa tensão anódica positiva, independentemente da tensão da porta, o tiristor insistiu na condução, ou seja, após a condução do tiristor, a porta é perdida. (4) tiristor na condição de condução, quando a tensão (ou corrente) do circuito principal é reduzida a quase zero, o tiristor é desligado. Escolhemos o tiristor TYN1025, sua tensão suportável é de 600V a 1000V, corrente de até 25A. requer que a tensão de acionamento do portão seja de 10V a 20V, a corrente de acionamento seja de 4mA a 40mA. e sua corrente de manutenção é de 50mA, a corrente do motor é de 90mA. amplitude do sinal de disparo DSP ou CPLD de até 5V. Em primeiro lugar, desde que a amplitude de 5V em 24V e, em seguida, através de um transformador de isolamento 2:1 para converter o sinal de disparo de 24V em um sinal de disparo de 12V, completando a função de isolamento de tensão superior e inferior.

Projeto e análise de circuito experimental

Em primeiro lugar, o circuito boost, devido ao circuito do transformador de isolamento no estágio traseiro doMOSFETo dispositivo precisa de um sinal de disparo de 15 V, portanto, a necessidade de primeiro amplificar o sinal de disparo de 5 V em um sinal de disparo de 15 V, através do sinal de 5 V MC14504, convertido em um sinal de 15 V e, em seguida, através do CD4050 na saída do sinal de acionamento de 15 V, canal 2 está conectado ao sinal de entrada de 5 V, o canal 1 está conectado à saída. O canal 2 está conectado ao sinal de entrada de 5 V, o canal 1 está conectado à saída do Sinal de disparo de 15V.

A segunda parte é o circuito do transformador de isolamento, a principal função do circuito é: o sinal de disparo de 15V, convertido em um sinal de disparo de 12V para acionar a parte traseira da condução do tiristor, e para fazer o sinal de disparo de 15V e a distância entre a parte traseira estágio.

O princípio de funcionamento do circuito é: devido aoMOSFETTensão de acionamento IRF640 de 15V, portanto, em primeiro lugar, em J1 acesso ao sinal de onda quadrada de 15V, através do resistor R4 conectado ao regulador 1N4746, para que a tensão de disparo fique estável, mas também para fazer com que a tensão de disparo não seja muito alta , queimou o MOSFET e depois para o MOSFET IRF640 (na verdade, este é um tubo de comutação, o controle da extremidade traseira da abertura e fechamento. Controle a extremidade traseira da ativação e desligamento), após controlar o ciclo de trabalho do sinal do drive, para poder controlar o tempo de ativação e desligamento do MOSFET. Quando o MOSFET está aberto, equivalente ao seu aterramento do pólo D, desligado quando está aberto, após o circuito back-end equivalente a 24 V. E o transformador passa pela mudança de tensão para fazer a extremidade direita do sinal de saída de 12 V . A extremidade direita do transformador é conectada a uma ponte retificadora e, em seguida, o sinal de 12V é emitido pelo conector X1.

Problemas encontrados durante o experimento

Em primeiro lugar, quando a energia foi ligada, o fusível queimou repentinamente e, posteriormente, ao verificar o circuito, descobriu-se que havia um problema com o projeto inicial do circuito. Inicialmente, para melhorar o efeito de sua saída do tubo de comutação, o aterramento de 24 V e a separação de aterramento de 15 V, que faz com que o pólo G da porta do MOSFET equivalente à parte traseira do pólo S, seja suspenso, resultando em falso disparo. O tratamento consiste em conectar o aterramento de 24 V e 15 V e, novamente, para interromper o experimento, o circuito funciona normalmente. A conexão do circuito é normal, mas ao participar do sinal de acionamento, calor MOSFET, além do sinal de acionamento por um período de tempo, o fusível queima e, em seguida, adiciona o sinal de acionamento, o fusível queima diretamente. Verifique o circuito e descubra que o ciclo de trabalho de alto nível do sinal do inversor é muito grande, resultando em um tempo de ativação do MOSFET muito longo. O projeto deste circuito faz com que quando o MOSFET abra, 24 V sejam adicionados diretamente às extremidades do MOSFET, e não adicione um resistor limitador de corrente, se o tempo de ativação for muito longo para tornar a corrente muito grande, danos ao MOSFET, a necessidade de regular o ciclo de trabalho do sinal não pode ser muito grande, geralmente na faixa de 10% a 20% ou mais.

2.3 Verificação do circuito de acionamento

Para verificar a viabilidade do circuito de acionamento, utilizamos ele para acionar o circuito tiristor conectado em série entre si, o tiristor em série entre si e depois antiparalelo, acesso ao circuito com reatância indutiva, a fonte de alimentação é uma fonte de tensão de 380 Vca.

MOSFET neste circuito, o tiristor Q2, Q8 dispara o sinal através do acesso G11 e G12, enquanto Q5, Q11 dispara o sinal através do acesso G21, G22. Antes que o sinal de acionamento seja recebido no nível da porta do tiristor, a fim de melhorar a capacidade anti-interferência do tiristor, a porta do tiristor é conectada a um resistor e um capacitor. Este circuito é conectado ao indutor e depois colocado no circuito principal. Depois de controlar o ângulo de condução do tiristor para controlar o grande indutor no tempo do circuito principal, os circuitos superior e inferior do ângulo de fase da diferença do sinal de disparo de meio ciclo, o G11 e G12 superiores são um sinal de disparo por todo o caminho através do circuito de acionamento do estágio frontal do transformador de isolamento são isolados um do outro, o G21 e G22 inferiores também são isolados da mesma forma que o sinal. Os dois sinais de disparo acionam a condução positiva e negativa do circuito tiristor antiparalelo, acima do canal 1 é conectado a toda a tensão do circuito tiristor, na condução do tiristor torna-se 0, e 2, 3 canais são conectados ao circuito tiristor para cima e para baixo os sinais de disparo da estrada, o canal 4 é medido pelo fluxo de toda a corrente do tiristor.

2 canais mediram um sinal de disparo positivo, disparado acima da condução do tiristor, a corrente é positiva; 3 canais mediram um sinal de disparo reverso, acionando o circuito inferior da condução do tiristor, a corrente é negativa.

3. Circuito de acionamento IGBT do circuito de acionamento IGBT do seminário tem muitos pedidos especiais, resumidos:

(1) conduzir a taxa de aumento e queda do pulso de tensão deve ser suficientemente grande. Ao ligar o igbt, a borda principal da tensão da porta íngreme é adicionada à porta G e ao emissor E entre a porta, de modo que ela seja ligada rapidamente para atingir o tempo de ativação mais curto para reduzir as perdas de ativação. No desligamento do IGBT, o circuito de acionamento da porta deve fornecer à borda de pouso do IGBT uma tensão de desligamento muito íngreme, e para a porta IGBT G e o emissor E entre a tensão de polarização reversa apropriada, de modo que o desligamento rápido do IGBT, encurte o tempo de desligamento, reduza a perda de desligamento.

(2) Após a condução do IGBT, a tensão e a corrente de acionamento fornecidas pelo circuito de acionamento da porta devem ter amplitude suficiente para a tensão e corrente do acionamento do IGBT, de modo que a saída de energia do IGBT esteja sempre em estado saturado. Sobrecarga transitória, a potência de acionamento fornecida pelo circuito de acionamento da porta deve ser suficiente para garantir que o IGBT não saia da região de saturação e danos.

(3) O circuito de acionamento da porta IGBT deve fornecer tensão de acionamento positiva do IGBT para assumir o valor apropriado, especialmente no processo de operação de curto-circuito do equipamento usado no IGBT, a tensão de acionamento positiva deve ser selecionada para o valor mínimo necessário. A aplicação de comutação da tensão da porta do IGBT deve ser de 10V ~ 15V para melhor.

(4) Processo de desligamento do IGBT, a tensão de polarização negativa aplicada entre o portão - emissor é propícia ao desligamento rápido do IGBT, mas não deve ser considerada muito grande, o normal é de -2V a -10V.

(5) no caso de grandes cargas indutivas, a comutação muito rápida é prejudicial, grandes cargas indutivas no ligamento e desligamento rápido do IGBT produzirão alta frequência e alta amplitude e largura estreita da tensão de pico Ldi / dt , o pico não é fácil de absorver, fácil de causar danos ao dispositivo.

(6) Como o IGBT é usado em locais de alta tensão, o circuito de acionamento deve estar com todo o circuito de controle no potencial de isolamento severo, o uso comum de isolamento de acoplamento óptico de alta velocidade ou isolamento de acoplamento de transformador.

Status do circuito de acionamento

Com o desenvolvimento da tecnologia integrada, o atual circuito de acionamento da porta IGBT é controlado principalmente por chips integrados. O modo de controle ainda é principalmente de três tipos:

(1) tipo de disparo direto sem isolamento elétrico entre os sinais de entrada e saída.

(2) unidade de isolamento do transformador entre os sinais de entrada e saída usando isolamento do transformador de pulso, nível de tensão de isolamento de até 4000V.

Existem 3 abordagens como segue

Abordagem passiva: a saída do transformador secundário é utilizada para acionar diretamente o IGBT, devido às limitações da equalização volt-segundo, só é aplicável em locais onde o ciclo de trabalho não muda muito.

Método ativo: o transformador fornece apenas sinais isolados, no circuito amplificador de plástico secundário para acionar IGBT, a forma de onda de acionamento é melhor, mas a necessidade de fornecer energia auxiliar separada.

Método de auto-alimentação: o transformador de pulso é usado para transmitir energia de acionamento e tecnologia de modulação e demodulação de alta frequência para transmissão de sinais lógicos, dividido em abordagem de auto-alimentação do tipo modulação e auto-alimentação com tecnologia de compartilhamento de tempo, em que a modulação -tipo de alimentação de auto-alimentação para a ponte retificadora para gerar a fonte de alimentação necessária, modulação de alta frequência e tecnologia de demodulação para transmitir sinais lógicos.

3. Contato e diferença entre tiristor e drive IGBT

O circuito de acionamento do tiristor e do IGBT tem uma diferença entre o centro semelhante. Em primeiro lugar, os dois circuitos de acionamento são necessários para isolar o dispositivo de comutação e o circuito de controle um do outro, de modo a evitar que os circuitos de alta tensão tenham impacto no circuito de controle. Em seguida, ambos são aplicados ao sinal de acionamento do portão para acionar o dispositivo de comutação. A diferença é que o acionamento do tiristor requer um sinal de corrente, enquanto o IGBT requer um sinal de tensão. Após a condução do dispositivo de comutação, a porta do tiristor perdeu o controle do uso do tiristor, se desejar desligar o tiristor, os terminais do tiristor devem ser adicionados à tensão reversa; e o desligamento do IGBT só precisa ser adicionado ao portão da tensão de acionamento negativa, para desligar o IGBT.

4. Conclusão

Este artigo está dividido principalmente em duas partes da narrativa, a primeira parte da solicitação do circuito de acionamento do tiristor para interromper a narrativa, o projeto do circuito de acionamento correspondente e o projeto do circuito é aplicado ao circuito prático do tiristor, por meio de simulação e experimentação para comprovar a viabilidade do circuito de acionamento, o processo experimental encontrado na análise dos problemas interrompidos e resolvidos. A segunda parte da discussão principal sobre o IGBT sobre a solicitação do circuito de acionamento e, com base nisso, para introduzir ainda mais o circuito de acionamento IGBT comumente usado e o circuito de acionamento de isolamento do optoacoplador principal para interromper a simulação e o experimento, para provar o viabilidade do circuito de acionamento.