Aplikace výkonového elektronického zařízení IGBT
Jsme velká tiskařská společnost v čínské Shenzhen. Nabízíme veškeré knižní publikace, vázaná kniha, tisk knih, kniha vázaná, notebook potisk knih, potisk knih se sedly, tisk brožur, balení krabic, kalendáře, všechny druhy PVC, brožury o výrobcích, poznámky, dětská kniha, nálepky, vše druhy speciálních produktů pro barevný papír, herní karty a tak dále.
Pro více informací navštivte
http://www.joyful-printing.com. Pouze ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
email: info@joyful-printing.net
IGBT jsou široce používány v výkonových elektronických zařízeních reprezentovaných střídači a různými typy napájecích zdrojů. IGBT kombinuje výhody bipolárních výkonových tranzistorů a výkonových MOSFETů a má výhody regulace napětí, velké vstupní impedance, malého hnacího výkonu, jednoduchého řídicího obvodu, malé ztráty při spínání, rychlé spínací rychlosti a vysoké provozní frekvence.
IGBT však, stejně jako jiná výkonová elektronika, závisí na podmínkách obvodu a prostředí přepínání. Řídicí a ochranný obvod IGBT je proto obtížností a zaměřením návrhu obvodu a je klíčovým článkem provozu celého zařízení.
1 Provozní charakteristiky IGBT
IGBT je napěťové řídicí zařízení, které vyžaduje velmi malý hnací proud a hnací výkon a může být přímo připojeno k analogovému nebo digitálnímu funkčnímu bloku bez dalších obvodů rozhraní. Zapnutí a vypnutí IGBT je řízeno hradlovým napětím UGE. Pokud je UGE větší než zapínací napětí UGE (th), IGBT se zapne. Když je mezi bránou a emitorem aplikován zpětný nebo žádný signál, IGBT je vypnuta. Zlomený.
Stejně jako běžný tranzistor může IGBT pracovat v oblasti lineárního zesílení, saturace a mezní oblasti a používá se hlavně jako spínací zařízení. V hnacím obvodu jsou studovány především stavy nasycení a vypnutí IGBT, takže stoupající hrana a klesající hrana jsou strmé.
2 Požadavky na hnací obvod IGBT
Při navrhování ovladače IGBT je třeba dodržovat následující body.
1) Velikost napájecího napětí brány vpřed bude mít významný vliv na výkon obvodu a musí být zvoleno správně. Když se napětí dopředného pohonu zvýší, odpor IGBT se sníží, takže se sníží ztráty při zapnutí. Pokud je však dopředné napájecí napětí příliš velké, zkratový proud IC se zvyšuje s UGE, když je zátěž zkratována, což může způsobit, že IGBT bude mít přídržný účinek, což má za následek selhání brány. V důsledku toho je IGBT poškozen; pokud je dopředné hnací napětí příliš malé, IGBT opouští oblast vedení saturace a vstupuje do oblasti lineárního zesílení, což způsobuje přehřátí a poškození IGBT; při použití je výhodné 12 V ≤ UGE ≤ 18 V. Záporné předpětí brány brání nesprávnému vedení IGBT v důsledku nadměrného nárazového proudu během vypnutí. Obecně je záporné zkreslené napětí vybráno na 5V. Řídicí obvod by měl navíc po zapnutí IGBT poskytovat dostatečnou amplitudu napětí a proudu, takže IGBT neopustí oblast vedení saturace a je za normálních pracovních podmínek a přetížení poškozena.
2) Rychlé zapnutí a vypnutí IGBT je výhodné pro zvýšení provozní frekvence a snížení ztrát při přepínání. Spínací frekvence IGBT by však neměla být příliš velká při velkém induktivním zatížení, protože vysokorychlostní zapnutí a vypnutí povede k vysokému špičkovému napětí, což může způsobit rozpad IGBT nebo jiných komponent.
3) Výběr vhodného hradlového odporu řady RG a kapacitance hradla CG je důležitý pro řízení IGBT. RG je malý, časová konstanta nabíjení-vybíjení mezi vysílači brány je relativně malá, což způsobí při zapnutí velký proud, který poškodí IGBT; RG je větší, což je výhodné pro potlačení dvce / dt, ale zvýší se doba přepínání a ztráta přepínání IGBT. . Vhodné CG je dobré pro potlačení dic / dt, CG je příliš velké a doba zapnutí je zpožděna. Pokud je CG příliš malý, není účinek potlačení dic / dt patrný.
4) Když je IGBT vypnuto, je napětí brány-emitoru snadno narušeno parazitními parametry IGBT a obvodu, což způsobí, že napětí brány-emitoru způsobí, že zařízení bude špatně vodivé. Aby se tomu zabránilo, může být mezi branami paralelně zapojen odpor. Navíc, v praktických aplikacích, aby se zabránilo špičkám vysokého napětí v budicím obvodu brány, je výhodné spojit dvě Zenerovy diody reverzní řady paralelně mezi mřížkami a hodnota regulace napětí by měla být stejná jako kladná a záporná hodnota napětí brány.
3 Hnací obvod HCPL-316J
3.1 Vnitřní struktura a pracovní princip HCPL-316J
Pokud má IGBT nadproudový signál (pin 14 detekuje napětí na kolektoru IGBT = 7V) a vstupní signál pohonu je nadále aplikován na pin 1, podpěťový signál je nízký a výstup B je nízký, třetí - úroveň Darlington Trubka se vypne, 1 × DMOS se zapne a napětí mezi branami IGBT pomalu klesá, aby se dosáhlo pomalu klesajícího hradlového napětí. Když VOUT = 2V, tj., VOUT vydává nízkou úroveň, C bod se stává nízkou úrovní, bod B je vysoká úroveň, 50 × DMOS je zapnuto a IGBT hradlové pole je rychle vybito. Signál na chybové lince prochází optočlenem a poté prochází přes RS flip-flop a Q výstup je vysoký, takže vstupní optočlen je blokován. Stejným způsobem je možné analyzovat situaci pouze podpětí a situace podpětí a nadproudu.
Konstrukce 3.2 hnacího obvodu
K mikropočítači jsou připojeny VIN +, FAULT a RESET na levé straně HCPL-316J. R7, R8, R9, D5, D6 a C12 poskytují ochranu vstupu, aby se zabránilo nadměrnému vstupnímu napětí poškození IGBT, ale ochranný obvod bude generovat zpoždění asi 1μs, což není vhodné pro použití, když spínací frekvence překročí 100 kHz. Q3 je nejdůležitější blokovací funkce. Pokud jsou oba signály PWM (stejné rameno mostu) vysoké úrovně, zapne se Q3, čímž se nízká vstupní úroveň, takže je také nízký výstup. Blokovací signály Interlock a Interlock2 na obrázku 3 jsou spojeny s dalším 316J Interlock2 a Interlock1. R1 a C2 hrají roli při zesílení a filtraci chybového signálu. Pokud existuje rušivý signál, může mikropočítač tyto informace správně přijmout.
Na výstupu jsou R5 a C7 vztaženy k rychlosti, při které je IGBT zapnutý, a ke ztrátě při přepínání. Zvýšení C7 může významně snížit dic / dt. Nejprve vypočítejte odpor brány: kde ION je hradlový proud vstřikovaný do IGBT při zapnutí. Aby se IGBT rychle zapnul, je hodnota IONMAX 20A. Výstupní nízká úroveň VOL = 2v.
C3 je velmi důležitý parametr, nejdůležitější je zpoždění nabíjení. Když se systém spustí a čip začne fungovat, protože napětí na svorce kolektoru C IGBT je stále mnohem větší než 7V, pokud neexistuje žádný C3, bude chybový signál zkratu vydán chybně a výstup bude bude přímo vypnuto. Pokud čip pracuje normálně, pokud se napětí kolektoru okamžitě zvýší, okamžitě se vrátí do normálu. Pokud neexistuje žádný C3, bude vydán chybový signál, který omylem vypne IGBT. Je-li však hodnota C3 příliš velká, reakce systému bude pomalá a v případě nasycení může být IGBT vypálen během doby zpoždění a nebude dosaženo správného ochranného účinku. Hodnota C3 je 100 pF a zpoždění je čas
V obvodu detekce kolektoru jsou zapojeny dvě diody v sérii, což může zlepšit celkové zpětné výdržné napětí, čímž se zvyšuje úroveň hnacího napětí, ale doba zpětného získání diody je malá a každá úroveň reverzního výdržného napětí je 1000 V. Obecně je vybrána BYV261E a doba zpětného zotavení je 75 ns. Úlohou R4 a C5 je zachovat charakteristiky měkkého vypnutí HCLP-316J po nadproudovém signálu. Zásadou je, že C5 dosahuje měkkého vypnutí vypouštěním interního MOSFETu. Na obrázku 3 výstupní napětí VOUT prochází dvěma rychlými triode push-pull výstupy, které mohou řídit proud až 20A, a mohou rychle řídit 1700v, 200-300A IGBT.
3.3 Napájení pohonu
V konstrukci pohonu je stabilní zdroj napájení zárukou správného fungování IGBT. Napájecí zdroj přijímá přímou přeměnu, silnou anti-interference schopnost, žádný induktor filtru na sekundární straně a nízkou vstupní impedanci, takže výstupní napětí napájecího zdroje je stále stabilní za podmínek vysoké zátěže.
Když je zapnuto, je na primární stranu transformátoru a vinutí připojeno na S přivedeno napětí + 12V (pro relativně stabilní napájení, vysoká přesnost) a sekundární strana je usměrněna prostřednictvím energetické vazby. Když je S vypnuto, energie jádra je přiváděna zpět k napájení přes primární diodu a její připojené vinutí, aby se dosáhlo resetování jádra transformátoru. Časovač 555 je připojen k multivibrátoru. Potenciál patky 2 a patky 6 se mění nabíjením a vybíjením Cl mezi 4 a 8 v, takže noha 3 vydává signál čtvercové vlny napětí a signál čtvercové vlny se používá k řízení otevírání S. A vypínání. + 12 V nabíjí C1 až R1 a D2, doba nabíjení je t1≈R1C2ln2; doba vybití t2 = R2C1ln2, při nabíjení vydává vysokou úroveň a při vybíjení vydává nízkou úroveň. Proto je celní poměr = t1 / (t1 + t2).
Transformátor je navržen podle následujících parametrů: původní strana je připojena k + 12 V, frekvence je 60 kHz a pracovní magnetická indukční intenzita Bw je O. 15T, sekundární strana + 15v výstup 2A, -5v výstup 1 A, účinnost n = 80%, faktor vyplnění okna Km je O. 5. Součinitel naplnění jádra Kc je 1 a proudová hustota d cívkového drátu je 3 A / mm2. Výstupní výkon
PT = (15 + O, 6) × 2 × 2 + (5 + O, 6) × 1 × 2 = 64 W.
Protože výstupní napětí napájecího zdroje se po načtení sníží, zvažte zvýšení frekvence a pracovního cyklu, aby se výstupní napětí stabilizovalo v praktických aplikacích.
4 Závěr
Tento dokument navrhuje hnací obvod, který může řídit 1400V, 200 ~ 300A IGBT. Propojení dvou IGBT (stejné rameno mostu) je realizováno na hardwaru a je navržen zdroj hnací energie schopný přímo dodávat energii do dvou IGBT.
HCPL-316J lze rozdělit na dvě části: vstupní IC (vlevo) a výstupní IC (vpravo). Vstup a výstup mohou plně vyhovovat požadavkům vysokonapěťového a výkonného měniče IGBT.
Funkce každého kolíku je následující:
Vstup vpřed pin 1 (VIN +);
Vstup reverzního signálu Pin 2 (VIN-);
Pin 3 (VCG1) je připojen ke zdroji vstupního napájení;
Zem vstupu vstupu 4 (GND);
Vstup pro reset čipu Foot 5 (RESERT);
Výstup poruchy 6 (FAULT), pokud dojde k poruše (výstupní podpěťové podpěťové podpětí nebo zkrat IGBT), je chybový signál vydán přes optočlen;
Zkušební kolík optočlenu 7 (VLED1 +), zavěšení;
Pin 8 (VLED1-) je uzemněn;
Pin 9, noha 10 (VEE) poskytuje zpětné zkreslené napětí pro IGBT;
Pin 11 (VOUT) vydává signál pohonu k řízení IGBT;
Napájecí zdroj třífázového Darlingtonova trubicového kolektoru 12 (VC);
Pin 13 (VCC2) řídí zdroj napětí;
Detekce zkratového proudu Pin 14 (DESAT) IGBT;
Pin 15 (VLED2 +) optočlenový testovací kolík, zavěšení;
Foot 16 (VE) vydává referenční zem.
Je-li VIN + normálně na vstupu, nemá pin 14 žádný nadproudový signál a VCC2-VE = 12v znamená, že výstupní výstupní hnací napětí je normální, hnací signál vydává vysokou úroveň a poruchový signál a podpěťový výstupní signál je nízký. Nejprve jsou tři signály přiváděny do JP3, D je nízká, B je nízká a 50 × DMOS je vypnuto. V tomto okamžiku jsou čtyři stavy vstupu JP1 nízké, vysoké, nízké a nízké shora dolů a horní bod bodu A pohání třístupňovou Darlingtonovu trubici, která má být zapnuta, a IGBT je také zapnuto.