Σήμερα θα δούμε: Οι αληθινοί γνώστες της μουσικής γνωρίζουν ότι για την ποιότητα...
Τα τρανζίστορ ισχύος IGBT και MOSFET έχουν γίνει τα κύρια στοιχεία που χρησιμοποιούνται στους μετατροπείς μεταγωγής υψηλής ισχύος. Τα μοναδικά στατικά και δυναμικά χαρακτηριστικά τους καθιστούν δυνατή τη δημιουργία συσκευών ικανών να αποδίδουν δεκάδες ή ακόμη και εκατοντάδες κιλοβάτ στο φορτίο με ελάχιστες διαστάσεις και απόδοση άνω του 95%.
Αυτό που έχουν κοινό τα IGBT και τα MOSFET είναι μια μονωμένη πύλη, με αποτέλεσμα παρόμοια χαρακτηριστικά κίνησης. Χάρη στον αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας του ρεύματος βραχυκυκλώματος, κατέστη δυνατή η δημιουργία τρανζίστορ ανθεκτικών στο βραχυκύκλωμα. Σήμερα, τρανζίστορ με τυποποιημένο χρόνο υπερέντασης παράγονται σχεδόν από όλες τις κορυφαίες εταιρείες.
Η απουσία ρεύματος ελέγχου σε στατικές λειτουργίες καθιστά δυνατή την εγκατάλειψη κυκλωμάτων ελέγχου που βασίζονται σε διακριτά στοιχεία και τη δημιουργία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ελέγχου - οδηγών. Επί του παρόντος, ορισμένες εταιρείες, όπως η International Rectifier, η Hewlett-Packard, η Motorola, παράγουν ένα ευρύ φάσμα συσκευών που ελέγχουν μεμονωμένα τρανζίστορ, ημιγέφυρες και γέφυρες - διφασικές και τριφασικές. Εκτός από την παροχή ρεύματος πύλης, είναι επίσης ικανά να εκτελούν μια σειρά από βοηθητικές λειτουργίες, όπως προστασία από υπερένταση και βραχυκύκλωμα ( Προστασία από υπερένταση, Προστασία από βραχυκύκλωμα) και έλεγχος πτώσης τάσης ( Κάτω από Κλείδωμα τάσης- UVLO). Για βασικά στοιχεία με πύλη ελέγχου, η πτώση της τάσης ελέγχου είναι μια επικίνδυνη κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ μπορεί να μεταβεί σε γραμμική λειτουργία και να αποτύχει λόγω υπερθέρμανσης του κρυστάλλου.
Μπορεί να είναι δύσκολο για τους χρήστες να κατανοήσουν το ευρύ φάσμα μικροκυκλωμάτων που παράγονται επί του παρόντος για χρήση σε κυκλώματα ισχύος, παρά την ομοιότητα των βασικών χαρακτηριστικών τους. Αυτό το άρθρο εξετάζει τις δυνατότητες χρήσης των πιο δημοφιλών προγραμμάτων οδήγησης που παράγονται από διάφορες εταιρείες.
Η κύρια βοηθητική λειτουργία των οδηγών είναι η προστασία από υπερένταση. Για να κατανοήσετε καλύτερα τη λειτουργία του κυκλώματος προστασίας, είναι απαραίτητο να αναλύσετε τη συμπεριφορά των τρανζίστορ ισχύος σε λειτουργία βραχυκυκλώματος (ή βραχυκύκλωμα - μια σύντμηση γνωστή στους προγραμματιστές).
Οι αιτίες της υπερφόρτωσης ρεύματος ποικίλλουν. Τις περισσότερες φορές πρόκειται για περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, όπως βλάβη στο περίβλημα ή βραχυκύκλωμα φορτίου.
Η υπερφόρτωση μπορεί επίσης να προκληθεί από χαρακτηριστικά κυκλώματος, όπως μεταβατικά ρεύματα ή αντίστροφο ρεύμα ανάκτησης της διόδου της αντίθετης πλευράς. Τέτοιες υπερφορτώσεις πρέπει να εξαλειφθούν με μεθόδους μηχανικής κυκλώματος: χρήση κυκλωμάτων διαμόρφωσης τροχιάς (snubbers), επιλογή αντίστασης πύλης, απομόνωση κυκλωμάτων ελέγχου από διαύλους ισχύος κ.λπ.
Ενεργοποίηση του τρανζίστορ κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος στο κύκλωμα φορτίου
Το σχηματικό διάγραμμα και τα διαγράμματα τάσης που αντιστοιχούν σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας φαίνονται στο Σχ. 1 α και 2. Όλα τα γραφήματα λήφθηκαν με ανάλυση των κυκλωμάτων χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα PSpice. Για την ανάλυση, χρησιμοποιήθηκαν βελτιωμένα μοντέλα τρανζίστορ MOSFET από το International Rectifier και μακρομοντέλα IGBT και προγράμματα οδήγησης που αναπτύχθηκαν από τον συγγραφέα του άρθρου.
Ρύζι. 2
Βραχυκύκλωμα του φορτίου στο ενεργοποιημένο τρανζίστορ
Ρύζι. 3
Όπως σημειώθηκε, η τιμή σταθερής κατάστασης του ρεύματος βραχυκυκλώματος καθορίζεται από την τάση στην πύλη. Ωστόσο, η μείωση αυτής της τάσης οδηγεί σε αύξηση της τάσης κορεσμού και, κατά συνέπεια, σε αύξηση των απωλειών αγωγιμότητας. Η αντίσταση βραχυκυκλώματος σχετίζεται στενά με τη διαγωγιμότητα του τρανζίστορ. Τα IGBT με υψηλό κέρδος ρεύματος έχουν χαμηλή τάση κορεσμού αλλά μικρό χρόνο υπερφόρτωσης. Κατά κανόνα, τα τρανζίστορ που είναι πιο ανθεκτικά στα βραχυκυκλώματα έχουν υψηλή τάση κορεσμού και, επομένως, υψηλές απώλειες.
Το επιτρεπόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος ενός IGBT είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό ενός διπολικού τρανζίστορ. Είναι τυπικά ίσο με 10 φορές το ονομαστικό ρεύμα στις επιτρεπόμενες τάσεις πύλης. Κορυφαίες εταιρείες, όπως η International Rectifier, η Siemens, η Fuji, παράγουν τρανζίστορ που μπορούν να αντέξουν τέτοιες υπερφορτώσεις χωρίς ζημιές. Αυτή η παράμετρος καθορίζεται στα δεδομένα αναφοράς για τρανζίστορ και ονομάζεται Αναλογία βραχυκυκλώματος και ο επιτρεπόμενος χρόνος υπερφόρτωσης είναι tsc - Χρόνος αντοχής σε βραχυκύκλωμα.
Η γρήγορη απόκριση του κυκλώματος προστασίας είναι γενικά χρήσιμη για τις περισσότερες εφαρμογές. Η χρήση τέτοιων κυκλωμάτων σε συνδυασμό με ιδιαίτερα οικονομικά αποδοτικά IGBT αυξάνει την απόδοση του κυκλώματος χωρίς να διακυβεύεται η αξιοπιστία.
Χρήση προγραμμάτων οδήγησης για προστασία από υπερφόρτωση
Ας εξετάσουμε μεθόδους απενεργοποίησης τρανζίστορ σε λειτουργία υπερφόρτωσης χρησιμοποιώντας το παράδειγμα προγραμμάτων οδήγησης που κατασκευάζονται από τη International Rectifier, τη Motorola και τη Hewlett-Packard, καθώς αυτά τα μικροκυκλώματα σάς επιτρέπουν να εφαρμόζετε πλήρως τις λειτουργίες προστασίας.
Οδηγός άνω βραχίονα
Ρύζι. 4. Δομή προγράμματος οδήγησης IR2125
Στο Σχ. Το 4 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα και το Σχ. 5 - τυπικό διάγραμμα σύνδεσης για το πρόγραμμα οδήγησης IR2125 χρησιμοποιώντας τη λειτουργία προστασίας υπερφόρτωσης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται η καρφίτσα 6 - CS. Η τάση απόκρισης προστασίας είναι 230 mV. Για τη μέτρηση του ρεύματος, εγκαθίσταται μια αντίσταση RSENSE στον πομπό, η τιμή της οποίας και ο διαχωριστής R1, R4 καθορίζουν το ρεύμα προστασίας.
Ρύζι. 5. Διάγραμμα σύνδεσης IR2125
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, εάν η τάση της πύλης μειωθεί όταν συμβεί υπερφόρτωση, η περίοδος αναγνώρισης λειτουργίας έκτακτης ανάγκης μπορεί να αυξηθεί. Αυτό είναι απαραίτητο για να αποκλειστούν τα ψευδώς θετικά. Αυτή η λειτουργία υλοποιείται στο τσιπ IR2125. Ο πυκνωτής C1 που συνδέεται με τον ακροδέκτη ERR καθορίζει το χρόνο ανάλυσης για την κατάσταση υπερφόρτωσης. Σε C1 = 300 pF, ο χρόνος ανάλυσης είναι περίπου 10 μs (αυτός είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να φορτιστεί ο πυκνωτής σε τάση 1,8 V - η οριακή τάση του συγκριτή κυκλώματος ΣΦΑΛΜΑ ΧΡΟΝΙΣΜΟΥοδηγός). Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το κύκλωμα σταθεροποίησης ρεύματος συλλέκτη είναι ενεργοποιημένο και η τάση της πύλης μειώνεται. Εάν η κατάσταση υπερφόρτωσης δεν σταματήσει, τότε μετά από 10 μs το τρανζίστορ σβήνει εντελώς.
Η προστασία απενεργοποιείται όταν αφαιρεθεί το σήμα εισόδου, γεγονός που επιτρέπει στο χρήστη να οργανώσει ένα κύκλωμα προστασίας σκανδάλης. Κατά τη χρήση του, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην επιλογή του χρόνου επανεκκίνησης, ο οποίος θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος από τη θερμική χρονική σταθερά του κρυστάλλου του τρανζίστορ ισχύος. Η θερμική χρονική σταθερά μπορεί να προσδιοριστεί από ένα διάγραμμα της θερμικής αντίστασης Zthjc για απλούς παλμούς.
Ρύζι. 6
Δεν απαιτείται αντίσταση μέτρησης για την ανάλυση των συνθηκών υπερφόρτωσης τάσης κορεσμού. Όταν εφαρμόζεται ένα θετικό σήμα ελέγχου στην πύλη, εμφανίζεται μια τάση στην είσοδο προστασίας του οδηγού SC, η οποία καθορίζεται από το άθροισμα της πτώσης τάσης στην ανοιχτή δίοδο VD2 και στο ανοιχτό τρανζίστορ ισχύος Q1 και στον διαιρέτη R1, R4, που καθορίζει την ρεύμα λειτουργίας. Η πτώση τάσης στη δίοδο είναι σχεδόν σταθερή και είναι περίπου 0,5 V. Η τάση ανοιχτού τρανζίστορ στο επιλεγμένο ρεύμα βραχυκυκλώματος προσδιορίζεται από το γράφημα Von = f(Ic). Η δίοδος VD4, όπως και η VD1, πρέπει να είναι γρήγορη και υψηλής τάσης.
Εκτός από την προστασία από υπερένταση, ο οδηγός αναλύει την τάση τροφοδοσίας του τμήματος εισόδου VCC και της βαθμίδας εξόδου VB, απενεργοποιώντας το τρανζίστορ όταν το VB πέσει κάτω από τα 9 V, κάτι που είναι απαραίτητο για την αποφυγή γραμμικής λειτουργίας του τρανζίστορ. Αυτή η κατάσταση μπορεί να προκύψει είτε εάν το τροφοδοτικό χαμηλής τάσης έχει καταστραφεί είτε εάν η χωρητικότητα C2 έχει επιλεγεί λανθασμένα. Η τιμή του τελευταίου πρέπει να υπολογίζεται με βάση τις τιμές της φόρτισης πύλης, του ρεύματος πύλης και του ρυθμού επανάληψης παλμού. Για τον υπολογισμό της χωρητικότητας του bootstrap Cb, η τεκμηρίωση του International Rectifier συνιστά τους ακόλουθους τύπους:
Cb = 15*2*(2*Qg + Igbs/f + It)/(Vcc – Vf – Vls),
It = (Ion + Ioff)*tw.
Οπου
Ρεύματα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης πύλης ιόντων και Ioff, tw = Qg/Ion - χρόνος ενεργοποίησης, Qg - φόρτιση πύλης, f - ρυθμός επανάληψης παλμού, Vcc - τάση τροφοδοσίας, Vf - πτώση τάσης προς τα εμπρός στη δίοδο της αντλίας φόρτισης (VD1 στο Σχ. 6), Vls είναι η πτώση τάσης προς τα εμπρός στην αντίθετη δίοδο (VD3 στο Σχ. 6), Igbs είναι το ρεύμα πύλης σε στατική λειτουργία.
Εάν είναι αδύνατο να τροφοδοτήσετε το πρόγραμμα οδήγησης από τη χωρητικότητα του bootstrap, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια «πλωτή» πηγή ενέργειας.
Τριφασικό πρόγραμμα οδήγησης γέφυρας
Στο Σχ. Το σχήμα 7 δείχνει το διάγραμμα σύνδεσης για τον τριφασικό οδηγό γέφυρας IR213* χρησιμοποιώντας τη λειτουργία προστασίας υπερφόρτωσης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται η είσοδος ITR. Η τάση απόκρισης προστασίας είναι 500 mV. Για τη μέτρηση του συνολικού ρεύματος της γέφυρας, εγκαθίσταται μια αντίσταση RSENSE στους πομπούς, η τιμή της οποίας, μαζί με το διαχωριστικό R2, R3, καθορίζει το ρεύμα προστασίας.
Ρύζι. 7. Διάγραμμα σύνδεσης για IR2130
Το πρόγραμμα οδήγησης IR2130 παρέχει έλεγχο των τρανζίστορ MOSFET και IGBT σε τάσεις έως 600 V, έχει προστασία από υπερένταση και μείωση των τάσεων τροφοδοσίας. Το κύκλωμα προστασίας περιέχει ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου ανοιχτής αποστράγγισης για να υποδείξει ένα σφάλμα (FAULT). Διαθέτει επίσης ενσωματωμένο ενισχυτή ρεύματος φορτίου, ο οποίος επιτρέπει τη δημιουργία σημάτων ελέγχου και ανάδρασης. Το πρόγραμμα οδήγησης δημιουργεί τον χρόνο καθυστέρησης (tdt - νεκρό χρόνο) μεταξύ της ενεργοποίησης των τρανζίστορ της πάνω και της κάτω πλευράς για την εξάλειψη των ρευμάτων. Αυτός ο χρόνος κυμαίνεται από 0,2 έως 2 μs για διάφορες τροποποιήσεις.
Για να χρησιμοποιήσετε σωστά αυτό το μικροκύκλωμα και να δημιουργήσετε αξιόπιστα κυκλώματα με βάση αυτό, πρέπει να ληφθούν υπόψη αρκετές αποχρώσεις.
Ένα χαρακτηριστικό των προγραμμάτων οδήγησης IR213* είναι η απουσία λειτουργίας περιορισμού τάσης πύλης κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος. Για το λόγο αυτό, η σταθερά χρόνου της αλυσίδας R1C1, που έχει σχεδιαστεί για να καθυστερεί την ενεργοποίηση της προστασίας, δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1 μs. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να γνωρίζει ότι η γέφυρα θα σβήσει 1 μs μετά την εμφάνιση του σφάλματος, με αποτέλεσμα το ρεύμα (ειδικά με ωμικό φορτίο) να υπερβεί την ονομαστική τιμή. Για να επαναφέρετε την προστασία, πρέπει να απενεργοποιήσετε την τροφοδοσία του προγράμματος οδήγησης ή να εφαρμόσετε μια τάση μπλοκαρίσματος (υψηλού επιπέδου) στις εισόδους χαμηλής στάθμης. Σημειώνουμε επίσης ότι μεταξύ των μικροκυκλωμάτων αυτής της σειράς υπάρχει ένας οδηγός IR2137, ο οποίος παρέχει προστασία για την τάση κορεσμού των άνω τρανζίστορ και δημιουργεί τον απαιτούμενο χρόνο καθυστέρησης για τη λειτουργία αυτής της προστασίας. Αυτή η προστασία είναι πολύ σημαντική για τους οδηγούς που ελέγχουν τα τριφασικά κυκλώματα γεφυρών, καθώς όταν συμβαίνει βλάβη στο περίβλημα, το ρεύμα βραχυκυκλώματος ρέει παρακάμπτοντας την αντίσταση μέτρησης RSENSE. Αυτό το μικροκύκλωμα παρέχει ξεχωριστή σύνδεση αντιστάσεων πύλης για ενεργοποίηση, απενεργοποίηση και απενεργοποίηση έκτακτης ανάγκης, γεγονός που σας επιτρέπει να συνειδητοποιήσετε πλήρως όλα τα δυναμικά χαρακτηριστικά των μονωμένων τρανζίστορ πύλης.
Το ρεύμα ενεργοποίησης/απενεργοποίησης για το IR213* είναι 200/420 mA (120/250 mA για το IR2136). Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή τρανζίστορ ισχύος και αντιστάσεις πύλης για αυτά. Οι παράμετροι για το τρανζίστορ υποδεικνύουν την ποσότητα φόρτισης πύλης (συνήθως σε nK), η οποία καθορίζει το χρόνο ενεργοποίησης/απενεργοποίησης του τρανζίστορ σε ένα δεδομένο ρεύμα. Η διάρκεια των μεταβατικών διεργασιών που σχετίζονται με την εναλλαγή πρέπει να είναι μικρότερη από τον χρόνο καθυστέρησης tdt που δημιουργείται από το πρόγραμμα οδήγησης. Η χρήση τρανζίστορ υψηλής ισχύος μπορεί επίσης να οδηγήσει σε ψευδή ενεργοποίηση-απενεργοποίηση και διέλευση ρεύματος λόγω του φαινομένου Miller. Η μείωση της αντίστασης πύλης ή η χρήση ξεχωριστών αντιστάσεων πύλης για τις διαδικασίες ενεργοποίησης και απενεργοποίησης δεν λύνει πάντα το πρόβλημα λόγω του ανεπαρκούς ρεύματος απενεργοποίησης από τον ίδιο τον οδηγό. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε ενισχυτές buffer.
Το πλεονέκτημα των τσιπ που κατασκευάζονται από την International Rectifier είναι ότι αυτές οι συσκευές είναι σε θέση να αντέχουν τις διαφορές υψηλής τάσης μεταξύ των εξαρτημάτων εισόδου και εξόδου. Για προγράμματα οδήγησης της σειράς IR21**, αυτή η τάση είναι 500–600 V, η οποία σας επιτρέπει να ελέγχετε τρανζίστορ σε κυκλώματα μισής γέφυρας και γέφυρας όταν τροφοδοτούνται από ανορθωμένη βιομηχανική τάση 220 V χωρίς γαλβανική απομόνωση. Για τον έλεγχο τρανζίστορ σε κυκλώματα σχεδιασμένα για τροφοδοσία ρεύματος από ανορθωμένη τάση 380 V, η International Rectifier παράγει προγράμματα οδήγησης της σειράς IR22**. Αυτά τα μικροκυκλώματα λειτουργούν σε τάσεις εξόδου έως και 1200 V. Όλα τα προγράμματα οδήγησης International Rectifier μπορούν να αντέξουν επαγόμενες αυξήσεις τάσης έως και 50 V/ns. Αυτή η παράμετρος ονομάζεται dv/dt immune. Επιδεικνύει υψηλή αντίσταση στη λειτουργία μανδάλωσης, η οποία είναι εξαιρετικά επικίνδυνη για παλμικά κυκλώματα υψηλής τάσης.
Οδηγός χαμηλού βραχίονα
Για τον έλεγχο των τρανζίστορ χαμηλής πλευράς, τα μικροκυκλώματα που κατασκευάζονται από τη Motorola παρέχουν μια καλή εναλλακτική λύση. Το μπλοκ διάγραμμα ενός από αυτά - MC33153 φαίνεται στο Σχ. 8.
Ρύζι. 8. Μπλοκ διάγραμμα του MC33153
Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτού του προγράμματος οδήγησης είναι η δυνατότητα χρήσης δύο μεθόδων προστασίας (ρεύμα και τάση κορεσμού) και ο διαχωρισμός της λειτουργίας υπερφόρτωσης και της λειτουργίας βραχυκυκλώματος. Είναι επίσης δυνατή η παροχή τάσης αρνητικού ελέγχου, η οποία μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη για την οδήγηση μονάδων υψηλής ισχύος με υψηλές τιμές φόρτισης πύλης. Απενεργοποίηση πτώσης τάσης ελέγχου - UVLO πραγματοποιείται στα 11 V.
Έξοδος 1 ( Εισαγωγή τρέχουσας αίσθησης) προορίζεται για τη σύνδεση μιας αντίστασης μέτρησης ρεύματος. Στο μικροκύκλωμα, αυτός ο πείρος είναι η είσοδος δύο συγκριτών - με τάση λειτουργίας 65 και 130 mV. Έτσι, ο οδηγός αναλύει τις συνθήκες υπερφόρτωσης και βραχυκυκλώματος. Όταν συμβεί υπερφόρτωση, ενεργοποιείται ο πρώτος συγκριτής ( Συγκριτής υπερέντασης) και απενεργοποιεί το σήμα ελέγχου πύλης. Η προστασία επαναφέρεται όταν εφαρμόζεται ένα σήμα αποκλεισμού (υψηλό επίπεδο, αφού η είσοδος εισόδου αναστρέφεται). Σε αυτή την περίπτωση, εξέρχεται ένα σήμα σφάλματος ( Έξοδος σφάλματος) δεν εξυπηρετείται. Εάν το ρεύμα υπερβεί την καθορισμένη τιμή δύο φορές, αυτό θεωρείται ως βραχυκύκλωμα. Σε αυτή την περίπτωση, ο δεύτερος συγκριτής ανατρέπεται ( Συγκριτής βραχυκυκλώματος), και εμφανίζεται ένα σήμα υψηλού επιπέδου στην έξοδο ελέγχου. Με βάση αυτό το σήμα, ο ελεγκτής που ελέγχει τη λειτουργία του κυκλώματος πρέπει να απενεργοποιήσει ολόκληρο το κύκλωμα. Ο χρόνος επανεκκίνησης θα πρέπει να προσδιορίζεται, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, από τη θερμική σταθερά χρόνου των τρανζίστορ ισχύος.
Έξοδος 8 ( Είσοδος αποκορεσμού) έχει σχεδιαστεί για να εφαρμόζει προστασία από τάση κορεσμού. Η τάση απόκρισης σε αυτήν την είσοδο είναι 6,5 V. Η ίδια είσοδος προορίζεται για τη σύνδεση ενός πυκνωτή Cblank, το οποίο σχηματίζει τον χρόνο καθυστέρησης απόκρισης προστασίας. Αυτή η καθυστέρηση είναι απαραίτητη γιατί μετά την εφαρμογή της τάσης πύλης στην πύλη, το τρανζίστορ διατηρεί υψηλή τάση για κάποιο χρονικό διάστημα ενώ η δίοδος boxer ανακάμπτει.
Ρύζι. 9. Προστασία από τάση κορεσμού
Ρύζι. 10. Τρέχουσα προστασία
Πρόγραμμα οδήγησης με γαλβανική μόνωση
Η γαλβανική απομόνωση είναι απαραίτητη σε κυκλώματα όπου μια ισχυρή βαθμίδα ισχύος τροφοδοτείται από την τάση του δικτύου και τα σήματα ελέγχου παράγονται από έναν ελεγκτή που συνδέεται μέσω λεωφορείων σε διάφορες περιφερειακές συσκευές. Η απομόνωση των κυκλωμάτων ισχύος και ελέγχου σε τέτοιες περιπτώσεις μειώνει τον θόρυβο μεταγωγής και επιτρέπει την προστασία των κυκλωμάτων χαμηλής τάσης σε ακραίες περιπτώσεις.
Ρύζι. 11. Μπλοκ διάγραμμα του HCPL316
Κατά τη γνώμη μας, ένα από τα πιο ενδιαφέροντα μικροκυκλώματα για αυτήν την εφαρμογή είναι το HCPL316 που κατασκευάζει η Hewlett-Packard. Η δομή του φαίνεται στο Σχ. 11, και το διάγραμμα σύνδεσης είναι στο Σχ. 12.
Ρύζι. 12. Διάγραμμα σύνδεσης HCPL316
Το σήμα ελέγχου και το σήμα σφάλματος είναι οπτικά απομονωμένα. Η τάση μόνωσης είναι έως 1500 V. Ο οδηγός παρέχει προστασία μόνο για την τάση κορεσμού (pin 14 - DESAT). Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό είναι η παρουσία άμεσης και αντίστροφης εισόδου, η οποία απλοποιεί την επικοινωνία με διάφορους τύπους ελεγκτών. Όπως στην περίπτωση του MC33153, το μικροκύκλωμα μπορεί να παράγει ένα διπολικό σήμα εξόδου και το μέγιστο ρεύμα εξόδου μπορεί να φτάσει τα 3 A. Χάρη σε αυτό, ο οδηγός μπορεί να οδηγεί τρανζίστορ IGBT με ρεύμα συλλέκτη έως 150 A, το οποίο είναι το μεγάλο του πλεονέκτημα σε σύγκριση με παρόμοιες συσκευές.
Βοηθητικά κυκλώματα
Σε προγράμματα οδήγησης υψηλής τάσης από το International Rectifier, λόγω της χαμηλής κατανάλωσής τους, τα στάδια εξόδου μπορούν να τροφοδοτηθούν χρησιμοποιώντας τους λεγόμενους πυκνωτές «bootstrap» μικρών τιμών. Εάν αυτό δεν είναι δυνατό, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε «πλωτά» τροφοδοτικά. Ο φθηνότερος τρόπος χρήσης τέτοιων πηγών είναι μετασχηματιστές πολλαπλών περιελίξεων με ανορθωτή και σταθεροποιητή σε κάθε περιέλιξη. Φυσικά, εάν θέλετε να έχετε ένα διπολικό σήμα εξόδου, τότε κάθε τέτοια πηγή πρέπει να είναι διπολική. Ωστόσο, μια πιο κομψή λύση είναι η χρήση απομονωμένων μετατροπέων DC-DC, όπως η σειρά DCP01* της Burr-Brown. Αυτά τα μικροκυκλώματα είναι σχεδιασμένα για ισχύ έως 1W και μπορούν να παράγουν ένα διπολικό σήμα εξόδου από ένα μονοπολικό σήμα εισόδου. Η τάση απομόνωσης είναι έως 1 kV. Η απομόνωση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας φράγμα μετασχηματιστή σε συχνότητα 800 kHz. Όταν χρησιμοποιείτε πολλά τσιπ, μπορούν να συγχρονιστούν σε συχνότητα.
Στους ηλεκτροκινητήρες είναι συχνά απαραίτητο να υπάρχει ένα σήμα ανάλογο με το ρεύμα εξόδου για την παραγωγή ανάδρασης. Αυτό το πρόβλημα επιλύεται με διάφορους τρόπους: χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές ρεύματος, διακλαδώσεις και διαφορικούς ενισχυτές κ.λπ. Όλες αυτές οι μέθοδοι έχουν τα μειονεκτήματά τους. Για την πιο επιτυχημένη επίλυση του προβλήματος της παραγωγής σήματος ρεύματος και της σύνδεσής του με τον ελεγκτή, η International Rectifier έχει αναπτύξει μικροκυκλώματα - αισθητήρες ρεύματος IR2171 και IR2172, στα οποία το σήμα ρεύματος μετατρέπεται σε σήμα PWM. Το διάγραμμα σύνδεσης για το IR2171 φαίνεται στο Σχ. 13. Το μικροκύκλωμα μπορεί να αντέξει πτώσεις τάσης έως και 600 V και τροφοδοτείται από μια χωρητικότητα "bootstrap". Η συχνότητα φορέα PWM είναι 35 kHz για το IR2171 και 40 kHz για το IR2172. Εύρος τάσης εισόδου ±300 mV. Η τάση εξόδου λαμβάνεται από τον ανοιχτό συλλέκτη, γεγονός που καθιστά εύκολη τη σύνδεση της οπτικής απομόνωσης.
Είναι δύσκολο να περιγραφούν όλα τα μικροκυκλώματα που παράγονται σήμερα στον κόσμο για χρήση σε ηλεκτροκινητήρες. Ωστόσο, ακόμη και οι παρεχόμενες πληροφορίες θα βοηθήσουν τον προγραμματιστή να περιηγηθεί στον ωκεανό της σύγχρονης βάσης στοιχείων. Το κύριο συμπέρασμα από όλα όσα ειπώθηκαν είναι το εξής: μην προσπαθήσετε να φτιάξετε κάτι χρησιμοποιώντας διακριτά στοιχεία μέχρι να βεβαιωθείτε ότι κανείς δεν παράγει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που λύνει το πρόβλημά σας.
Λογοτεχνία
- Χρησιμοποιήστε το Gate Charge για να σχεδιάσετε το Gate Drive Circuit για Power MOSFET και IGBT. ΑΝ-944.
- Χαρακτηρισμός εφαρμογής των IGBT. INT990.
- Χαρακτηριστικά IGBT. ΑΝ-983.
- Προστασία από βραχυκύκλωμα. ΑΝ-984.
- HV Floating MOS-Gate Driver Ics. ΑΝ-978.
- Τεχνικά στοιχεία Motorola MC33153.
- Τεχνικά στοιχεία Hewlett Packard HCPL316.
- Τεχνικά στοιχεία Burr Brown DCP011515.
- Ivanov V.V., Kolpakov A. Εφαρμογή IGBT. Electronic components, 1996, Νο. 1.
Το "ZVS driver" (Zero Voltage Switching) είναι μια πολύ απλή και επομένως αρκετά κοινή γεννήτρια χαμηλής τάσης. Συναρμολογείται χρησιμοποιώντας ένα απλό σχήμα και η απόδοση αυτής της λύσης μπορεί να φτάσει το 90% ή υψηλότερο. Για τη συναρμολόγηση της συσκευής, αρκούν ένας επαγωγέας, ένα ζεύγος τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, τέσσερις αντιστάσεις, δύο δίοδοι, δύο δίοδοι zener και ένα κύκλωμα ταλάντωσης που λειτουργεί με ένα μέσο στο πηνίο. Μπορείτε να κάνετε χωρίς το μέσο σημείο, και θα μιλήσουμε για αυτό αργότερα.
Μπορείτε να βρείτε πολλές υλοποιήσεις αυτού του κυκλώματος στο δίκτυο, συμπεριλαμβανομένων επαγωγικών θερμαντήρων, επαγωγικών κουζινών, μετασχηματιστών υψηλής τάσης και απλώς μετατροπέων τάσης υψηλής συχνότητας. Το κύκλωμα μοιάζει με γεννήτρια Royer, αλλά δεν είναι ένα. Ας δούμε πώς λειτουργεί αυτό το σχήμα.
Όταν εφαρμόζεται ισχύς στο κύκλωμα, το ρεύμα αρχίζει να ρέει στις αποχετεύσεις και των δύο τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, την ίδια στιγμή που οι χωρητικότητες της πύλης φορτίζονται μέσω των αντιστάσεων. Δεδομένου ότι τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου δεν είναι εντελώς πανομοιότυπα, ένα από αυτά (για παράδειγμα Q1) ανοίγει πιο γρήγορα και αρχίζει να άγει ρεύμα, ενώ η πύλη του άλλου τρανζίστορ Q2 εκκενώνεται μέσω της διόδου D2, η οποία διατηρείται έτσι καλά κλειστή.
Δεδομένου ότι το κύκλωμα ταλάντωσης περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, η τάση στην αποστράγγιση του κλειστού τρανζίστορ πεδίου Q2 αρχικά αυξάνεται, αλλά στη συνέχεια μειώνεται, περνώντας από το μηδέν, αυτή τη στιγμή η πύλη του τρανζίστορ ανοιχτού πεδίου Q1 εκφορτίζεται γρήγορα. και το πρώτο ανοιχτό τρανζίστορ Q1 είναι τώρα απενεργοποιημένο, και αφού είναι τώρα κλειστό, τότε η αποστράγγιση του δεν είναι πλέον μηδενική και η πύλη του δεύτερου τρανζίστορ Q2 επαναφορτίζεται γρήγορα μέσω της αντίστασης και το δεύτερο τρανζίστορ Q2 ανοίγει τώρα, ενώ εκφορτώνοντας την πύλη του τρανζίστορ Q1 μέσω της διόδου D1.
Μετά από μισή περίοδο, όλα επαναλαμβάνονται ακριβώς το αντίθετο - το δεύτερο τρανζίστορ θα κλείσει, και το πρώτο θα ανοίξει κ.λπ. Με αυτόν τον τρόπο, θα εμφανιστούν ημιτονοειδείς αυτοταλαντώσεις στο κύκλωμα. Το Choke L1 περιορίζει το ρεύμα τροφοδοσίας και εξομαλύνει τις μικρές υπερτάσεις μεταγωγής.
Είναι εύκολο να παρατηρήσετε ότι η απενεργοποίηση και των δύο τρανζίστορ φαινομένου πεδίου συμβαίνει σε μηδενική τάση στις αποχετεύσεις τους, όταν το ρεύμα στο πηνίο βρόχου είναι μέγιστο, πράγμα που σημαίνει ότι ελαχιστοποιούνται οι απώλειες διακοπής και ακόμη και με ισχύ συσκευής 1 kW (για παράδειγμα, για), τα κλειδιά χρειάζονται μόνο μικρά καλοριφέρ. Αυτό εξηγεί τη μεγάλη δημοτικότητα αυτού του συστήματος.
Η συχνότητα των αυτοταλαντώσεων μπορεί εύκολα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο f = 1/(2π*√[L*C]), αφού η επαγωγή του πρωτεύοντος τυλίγματος (εάν χρησιμοποιείται σύνδεση μετασχηματιστή) και η χωρητικότητα του πυκνωτή ένα κύκλωμα που έχει τη δική του συχνότητα συντονισμού. Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι το πλάτος των ταλαντώσεων θα είναι περίπου 3,14 (Pi) φορές μεγαλύτερο από την τάση τροφοδοσίας.
Εδώ είναι τα τυπικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται για τη συναρμολόγηση: αντιστάσεις πέντε watt 470 ohm για περιορισμό του ρεύματος που φορτίζει τις πύλες. δύο αντιστάσεις 10 kOhm για το τράβηγμα των πυλών στο μείον. Δίοδοι Zener για 12, 15 ή 18 βολτ, προκειμένου να προστατεύονται οι πύλες από υπέρβαση της επιτρεπόμενης τάσης. και δίοδοι UF4007 για την εκφόρτιση των πυλών μέσω των απέναντι βραχιόνων του κυκλώματος.
Τα τρανζίστορ εφέ πεδίου IRFP250 και IRFP260 είναι κατάλληλα για αυτό το πρόγραμμα οδήγησης ZVS. Φυσικά, εάν απαιτείται πρόσθετη ψύξη, τότε κάθε τρανζίστορ πρέπει να εγκατασταθεί σε ξεχωριστό ψυγείο, καθώς τα τρανζίστορ δεν λειτουργούν ταυτόχρονα. Εάν υπάρχει μόνο ένα καλοριφέρ, τότε η χρήση μονωτικών υποστρωμάτων είναι υποχρεωτική. Η τροφοδοσία του κυκλώματος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 36 βολτ λόγω των κανονικών περιορισμών της πύλης.
Εάν το κύκλωμα δεν έχει μέσο σημείο, τότε απλώς τοποθετήστε δύο τσοκ αντί για ένα σε κάθε βραχίονα και ο τρόπος λειτουργίας παραμένει ο ίδιος, ακριβώς όπως με ένα γκάζι.
Εν τω μεταξύ, προϊόντα που βασίζονται σε αυτό το αυτοταλαντούμενο κύκλωμα ZVS έχουν ήδη εμφανιστεί στο Aliexpress, τόσο με έναν επαγωγέα όσο και με δύο. Η παραλλαγή με δύο τσοκ είναι ιδιαίτερα βολική ως τροφοδοτικό συντονισμού για επαγωγείς θέρμανσης χωρίς μεσαίο σημείο.
MOP (στα αστικά MOSFET) σημαίνει Metal-Oxide-Semiconductor, από αυτή τη συντομογραφία η δομή αυτού του τρανζίστορ γίνεται σαφής.
Αν στα δάχτυλα, τότε έχει ένα κανάλι ημιαγωγών που χρησιμεύει ως μία πλάκα του πυκνωτή και η δεύτερη πλάκα είναι ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο που βρίσκεται μέσα από ένα λεπτό στρώμα οξειδίου του πυριτίου, το οποίο είναι ένα διηλεκτρικό. Όταν εφαρμόζεται τάση στην πύλη, αυτός ο πυκνωτής φορτίζεται και το ηλεκτρικό πεδίο της πύλης τραβάει φορτία στο κανάλι, ως αποτέλεσμα του οποίου εμφανίζονται κινητά φορτία στο κανάλι που μπορούν να σχηματίσουν ηλεκτρικό ρεύμα και η αντίσταση της πηγής αποστράγγισης πέφτει απότομα. Όσο υψηλότερη είναι η τάση, τόσο περισσότερα φορτία και χαμηλότερη είναι η αντίσταση, ως αποτέλεσμα, η αντίσταση μπορεί να πέσει σε μικροσκοπικές τιμές - εκατοστά του ωμ, και αν αυξήσετε περαιτέρω την τάση, θα υπάρξει διάσπαση του στρώματος οξειδίου και του Khan θα εμφανιστεί τρανζίστορ.
Το πλεονέκτημα ενός τέτοιου τρανζίστορ, σε σύγκριση με ένα διπολικό, είναι προφανές - πρέπει να εφαρμοστεί τάση στην πύλη, αλλά επειδή είναι διηλεκτρικό, το ρεύμα θα είναι μηδέν, πράγμα που σημαίνει το απαιτούμενο η ισχύς για τον έλεγχο αυτού του τρανζίστορ θα είναι περιορισμένη, στην πραγματικότητα, καταναλώνει μόνο τη στιγμή της μεταγωγής, όταν ο πυκνωτής φορτίζει και εκφορτίζει.
Το μειονέκτημα προκύπτει από τη χωρητική του ιδιότητα - η παρουσία χωρητικότητας στην πύλη απαιτεί μεγάλο ρεύμα φόρτισης κατά το άνοιγμα. Θεωρητικά, ίσο με το άπειρο σε απείρως μικρές χρονικές περιόδους. Και αν το ρεύμα περιορίζεται από μια αντίσταση, τότε ο πυκνωτής θα φορτίσει αργά - δεν υπάρχει διαφυγή από τη σταθερά χρόνου του κυκλώματος RC.
Τα τρανζίστορ MOS είναι Π και Ναγωγός. Έχουν την ίδια αρχή, η μόνη διαφορά είναι η πολικότητα των φορέων ρεύματος στο κανάλι. Κατά συνέπεια, σε διαφορετικές κατευθύνσεις της τάσης ελέγχου και της συμπερίληψης στο κύκλωμα. Πολύ συχνά τα τρανζίστορ κατασκευάζονται με τη μορφή συμπληρωματικών ζευγών. Δηλαδή, υπάρχουν δύο μοντέλα με ακριβώς τα ίδια χαρακτηριστικά, αλλά το ένα είναι κανάλι N και το άλλο είναι κανάλι P. Οι σημάνσεις τους, κατά κανόνα, διαφέρουν κατά ένα ψηφίο.
 |
Το πιο δημοφιλές μου ΣΦΟΥΓΓΑΡΙΣΤΡΑτρανζίστορ είναι IRF630(n κανάλι) και IRF9630(π κανάλι) κάποτε έφτιαξα καμιά δεκαριά από κάθε τύπο. Διαθέτοντας όχι πολύ μεγάλο σώμα TO-92αυτό το τρανζίστορ μπορεί περίφημα να τραβήξει μέσα του μέχρι τα 9Α. Η ανοιχτή του αντίσταση είναι μόνο 0,35 Ohm.
Ωστόσο, αυτό είναι ένα αρκετά παλιό τρανζίστορ τώρα υπάρχουν πιο δροσερά πράγματα, για παράδειγμα IRF7314, ικανό να μεταφέρει τα ίδια 9Α, αλλά ταυτόχρονα χωράει σε θήκη SO8 - μεγέθους τετραγώνου notebook.
Ένα από τα προβλήματα σύνδεσης MOSFETτρανζίστορ και μικροελεγκτής (ή ψηφιακό κύκλωμα) είναι ότι για να ανοίξει πλήρως έως ότου κορεστεί πλήρως, αυτό το τρανζίστορ πρέπει να διοχετεύει πολύ περισσότερη τάση στην πύλη. Συνήθως αυτό είναι περίπου 10 βολτ και το MK μπορεί να παράγει το πολύ 5.
Υπάρχουν τρεις επιλογές:
Αλλά γενικά, είναι πιο σωστό να εγκαταστήσετε ένα πρόγραμμα οδήγησης, επειδή εκτός από τις κύριες λειτουργίες παραγωγής σημάτων ελέγχου, παρέχει επίσης προστασία ρεύματος, προστασία από βλάβη, υπέρταση, ως πρόσθετο μπιχλιμπίδι, βελτιστοποιεί την ταχύτητα ανοίγματος στο μέγιστο, γενικά δεν καταναλώνει μάταια το ρεύμα του. Η επιλογή ενός τρανζίστορ δεν είναι επίσης πολύ δύσκολη, ειδικά αν δεν ασχολείστε με τις περιοριστικές λειτουργίες. Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να ανησυχείτε για την τιμή του ρεύματος αποστράγγισης - I Drain ή Εγώ Δεπιλέγετε ένα τρανζίστορ με βάση το μέγιστο ρεύμα για το φορτίο σας, κατά προτίμηση με περιθώριο 10 τοις εκατό Η επόμενη σημαντική παράμετρος για εσάς είναι VGS- Τάση κορεσμού πηγής-πύλης ή, πιο απλά, τάση ελέγχου. Μερικές φορές είναι γραμμένο, αλλά πιο συχνά πρέπει να κοιτάτε τα διαγράμματα. Αναζητώντας ένα γράφημα της εξάρτησης χαρακτηριστικού εξόδου Εγώ Δαπό VDSσε διαφορετικές τιμές VGS. Και καταλαβαίνετε τι καθεστώς θα έχετε.
Για παράδειγμα, πρέπει να τροφοδοτήσετε τον κινητήρα στα 12 βολτ, με ρεύμα 8Α. Βίδωσες τον οδηγό και έχεις μόνο σήμα ελέγχου 5 βολτ. Το πρώτο πράγμα που μου ήρθε στο μυαλό μετά από αυτό το άρθρο ήταν το IRF630. Το ρεύμα είναι κατάλληλο με περιθώριο 9Α έναντι του απαιτούμενου 8. Ας δούμε όμως το χαρακτηριστικό εξόδου:
Εάν πρόκειται να χρησιμοποιήσετε PWM σε αυτόν τον διακόπτη, τότε πρέπει να ρωτήσετε για τους χρόνους ανοίγματος και κλεισίματος του τρανζίστορ, να επιλέξετε το μεγαλύτερο και, σε σχέση με το χρόνο, να υπολογίσετε τη μέγιστη συχνότητα της οποίας είναι ικανό. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται Καθυστέρηση διακόπτηή t επάνω,t off, γενικά, κάτι τέτοιο. Λοιπόν, η συχνότητα είναι 1/t. Είναι επίσης καλή ιδέα να εξετάσετε τη χωρητικότητα της πύλης Γ ισΜε βάση αυτό, καθώς και την περιοριστική αντίσταση στο κύκλωμα πύλης, μπορείτε να υπολογίσετε τη σταθερά χρόνου φόρτισης του κυκλώματος πύλης RC και να εκτιμήσετε την απόδοση. Εάν η χρονική σταθερά είναι μεγαλύτερη από την περίοδο PWM, τότε το τρανζίστορ δεν θα ανοίξει/κλείσει, αλλά θα κρεμάσει σε κάποια ενδιάμεση κατάσταση, αφού η τάση στην πύλη του θα ενσωματωθεί από αυτό το κύκλωμα RC σε μια σταθερή τάση.
Όταν χειρίζεστε αυτά τα τρανζίστορ, να έχετε κατά νου το γεγονός ότι Δεν φοβούνται απλά τον στατικό ηλεκτρισμό, αλλά ΠΟΛΥ ΔΥΝΑΤΟ. Είναι κάτι παραπάνω από δυνατό να εισχωρήσετε στο κλείστρο με στατική φόρτιση. Πώς το αγόρασα λοιπόν; αμέσως σε αλουμινόχαρτοκαι μην το βγάλετε μέχρι να το σφραγίσετε. Πρώτα γειωθείτε στην μπαταρία και βάλτε ένα καπέλο από αλουμινόχαρτο :).
2.3. Προγράμματα οδήγησης για τον έλεγχο ισχυρών τρανζίστορ
Τα προγράμματα οδήγησης είναι τσιπ ελέγχου που συνδέουν διάφορους ελεγκτές και λογικά κυκλώματα με ισχυρά τρανζίστορ στα στάδια εξόδου των μετατροπέων ή των συσκευών ελέγχου κινητήρα. Οι οδηγοί, που παρέχουν μετάδοση σήματος, πρέπει να εισάγουν όσο το δυνατόν μικρότερη χρονική καθυστέρηση και τα στάδια εξόδου τους πρέπει να αντέχουν το μεγάλο χωρητικό φορτίο που χαρακτηρίζει τα κυκλώματα πύλης των τρανζίστορ. Τα ρεύματα βύθισης και βύθισης της βαθμίδας εξόδου του οδηγού πρέπει να είναι μεταξύ 0,5 και 2 A ή περισσότερο.
Το πρόγραμμα οδήγησης είναι ένας ενισχυτής παλμικής ισχύος και έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει απευθείας τους διακόπτες ισχύος των μετατροπέων παραμέτρων ισχύος. Το κύκλωμα οδήγησης καθορίζεται από τον τύπο της δομής του τρανζίστορ κλειδιού (διπολικό, MOS ή IGBT) και τον τύπο της αγωγιμότητάς του, καθώς και από τη θέση του τρανζίστορ στο κύκλωμα διακόπτη ("επάνω", δηλαδή ένα του οποίου η ισχύς και των δύο οι ακροδέκτες σε ανοιχτή κατάσταση έχουν υψηλό δυναμικό ή «χαμηλότερο», και οι δύο ακροδέκτες ισχύος σε ανοιχτή κατάσταση έχουν μηδενικό δυναμικό). Ο οδηγός πρέπει να ενισχύει το σήμα ελέγχου όσον αφορά την ισχύ και την τάση και, εάν είναι απαραίτητο, να παρέχει τη δυνατότητα μετατόπισής του. Στο πρόγραμμα οδήγησης μπορούν επίσης να ανατεθούν λειτουργίες προστασίας πλήκτρων.
Όταν σχεδιάζετε ένα κύκλωμα ελέγχου για συγκροτήματα τρανζίστορ ισχύος, πρέπει να γνωρίζετε ότι:
α) είναι απαραίτητο να παρέχεται ένα «πλωτό» δυναμικό για τον έλεγχο του «άνω» διακόπτη ισχύος στο κύκλωμα ημι-γέφυρας.
β) είναι εξαιρετικά σημαντικό να δημιουργηθεί μια ταχεία άνοδος και πτώση των σημάτων ελέγχου που φτάνουν στις πύλες των στοιχείων ισχύος για τη μείωση των απωλειών θερμότητας κατά τη μεταγωγή.
γ) είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί μια υψηλή τιμή του παλμού ρεύματος ελέγχου πύλης των στοιχείων ισχύος για γρήγορη επαναφόρτιση των πυκνωτών εισόδου.
δ) στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, απαιτείται ηλεκτρική συμβατότητα του τμήματος εισόδου του προγράμματος οδήγησης με τυπικά ψηφιακά σήματα TTL/CMOS (που συνήθως προέρχονται από μικροελεγκτές).
Για αρκετό καιρό, οι προγραμματιστές αναγκάστηκαν να σχεδιάσουν κυκλώματα οδηγών ελέγχου χρησιμοποιώντας διακριτά στοιχεία. Το πρώτο σημαντικό γεγονός στο μονοπάτι της ολοκλήρωσης των οδηγών ελέγχου ήταν η εμφάνιση μικροκυκλωμάτων των σειρών IR21xx και IR22xx (και στη συνέχεια οι πιο σύγχρονες τροποποιήσεις τους IRS21xx, IRS22xx), που αναπτύχθηκαν από την International Rectifies. Αυτά τα μικροκυκλώματα σήμερα έχουν βρει ευρεία εφαρμογή στην τεχνολογία μετατροπέων χαμηλής ισχύος, αφού πληρούν όλες τις παραπάνω απαιτήσεις.
Το κύκλωμα ελέγχου του διακόπτη ισχύος είναι πάντα κατασκευασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε το σήμα εξόδου του (με τη μορφή παλμών διαμορφωμένων κατά πλάτος) να καθορίζεται σε σχέση με τον «κοινό» αγωγό του κυκλώματος. Όπως φαίνεται από το Σχ. 2.12, ΕΝΑ, το οποίο δείχνει ένα στάδιο ισχύος ημι-γέφυρας για ένα τρανζίστορ μεταγωγής VT 2 αυτό είναι αρκετά - το σήμα "Control 2" μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας στην πύλη (βάση) του τρανζίστορ μέσω του οδηγού G2, καθώς η πηγή του (εκπομπός) συνδέεται με τον "κοινό" αγωγό του κυκλώματος και τον έλεγχο πραγματοποιείται σε σχέση με τον «κοινό» αγωγό.
Τι γίνεται όμως με το τρανζίστορ; VT 1, που λειτουργεί στον άνω βραχίονα της ημιγέφυρας; Αν το τρανζίστορ VT 2 βρίσκεται σε κλειστή κατάσταση και VT 1 ανοιχτό, στην πηγή VTΥπάρχει 1 τάση τροφοδοσίας μιΠιτ. Επομένως, για να αλλάξετε το τρανζίστορ VT 1, χρειάζεστε μια συσκευή G1 γαλβανικά απομονωμένη από το "κοινό" κύκλωμα, η οποία θα μεταδίδει σαφώς τους παλμούς του κυκλώματος ελέγχου "Control 1" χωρίς να εισάγει παραμόρφωση στα σήματα. Η κλασική λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η ενεργοποίηση του μετασχηματιστή ελέγχου T1 (Εικ. 2.12, σι), το οποίο αφενός απομονώνει γαλβανικά τα κυκλώματα ελέγχου και αφετέρου μεταδίδει παλμούς μεταγωγής. Δεν είναι τυχαίο ότι αυτή η τεχνική λύση θεωρείται «κλασική του είδους»: είναι γνωστή εδώ και δεκαετίες.
ΕΝΑ σι
Ρύζι. 2.12. Διακόπτες ισχύος σε κυκλώματα μισής γέφυρας
Το σήμα εισόδου είναι ένα σήμα τσιπ ελέγχου τυπικού πλάτους λογικής στάθμης και με τη βοήθεια τάσης που εφαρμόζεται στον ακροδέκτη Vdd, μπορεί να επιτευχθεί συμβατότητα με την κλασική "λογική" 5 βολτ και την πιο σύγχρονη λογική 3,3 βολτ. Στην έξοδο του οδηγού υπάρχουν τάσεις ελέγχου για το «άνω» και το «κάτω» τρανζίστορ ισχύος. Ο οδηγός έχει λάβει μέτρα για την παροχή των απαραίτητων επιπέδων ελέγχου, έχει δημιουργηθεί ένα ισοδύναμο γαλβανικής απομόνωσης (ψευδο-απομόνωση) και υπάρχουν πρόσθετες λειτουργίες - μια είσοδος διακοπής λειτουργίας, μια μονάδα προστασίας από υπόταση και ένα φίλτρο παλμού σύντομου ελέγχου.
Όπως φαίνεται από το μπλοκ διάγραμμα (Εικ. 2.13), ο οδηγός αποτελείται από δύο ανεξάρτητα κανάλια, τα οποία είναι σχεδιασμένα να ελέγχουν τον άνω και τον κάτω βραχίονα των κυκλωμάτων μισής γέφυρας. Στην είσοδο του προγράμματος οδήγησης υπάρχουν διαμορφωτές παλμών που έχουν κατασκευαστεί με βάση τους σκανδαλιστές Schmitt. Οι είσοδοι Vcc και Vdd προορίζονται για τη σύνδεση της τάσης τροφοδοσίας στα εξαρτήματα ισχύος και ελέγχου του κυκλώματος, οι δίαυλοι "γείωσης" του τμήματος ισχύος και του τμήματος ελέγχου είναι αποσυνδεδεμένοι (διαφορετικοί "κοινοί" ακροδέκτες - Vss και COM).
Στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, αυτές οι ακίδες απλώς συνδέονται μεταξύ τους. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα ξεχωριστής τροφοδοσίας για τα εξαρτήματα ελέγχου και ισχύος ώστε να ταιριάζουν τα επίπεδα εισόδου με τα επίπεδα του κυκλώματος ελέγχου. Η είσοδος SD είναι προστατευτική. Τα στάδια εξόδου είναι χτισμένα σε συμπληρωματικά τρανζίστορ φαινομένου πεδίου. Το μικροκύκλωμα περιέχει πρόσθετες συσκευές που εξασφαλίζουν τη σταθερή λειτουργία του ως μέρος των κυκλωμάτων μετατροπής: πρόκειται για μια συσκευή για τη μετατόπιση της στάθμης των σημάτων ελέγχου (μετατόπιση επιπέδου Vdd/Vcc), μια συσκευή για την καταστολή θορύβου σύντομης ώθησης (φίλτρο παλμών), μια καθυστέρηση μεταγωγής συσκευή (καθυστέρηση) και τροφοδοτικό ανιχνευτή υπότασης (ανίχνευση UV).
Ρύζι. 2. 13. Λειτουργικές μονάδες των μικροκυκλωμάτων IRS2110 και IRS2113
Ένα τυπικό διάγραμμα σύνδεσης προγράμματος οδήγησης φαίνεται στην Εικ. 2.14. Πυκνωτές ΜΕ 1 και ΜΕ Z - φιλτράρισμα. Ο κατασκευαστής συνιστά την τοποθέτησή τους όσο το δυνατόν πιο κοντά στους αντίστοιχους ακροδέκτες. Πυκνότητα ΜΕ 2 και δίοδος VD 1 - στάδιο εκκίνησης, που παρέχει ισχύ στο κύκλωμα ελέγχου του τρανζίστορ "άνω" πλευράς. Πυκνότητα ΜΕ 4 - φίλτρο στο κύκλωμα ισχύος. Αντιστάσεις R 1 και R 2 - κλείστρο.
Μερικές φορές το σήμα ελέγχου διαμορφωμένο σε πλάτος μπορεί να δημιουργηθεί όχι σε δύο εισόδους ελέγχου χωριστά, αλλά μάλλον να εφαρμοστεί σε μία είσοδο με τη μορφή μαιάνδρου με ποικίλο κύκλο λειτουργίας. Αυτή η μέθοδος ελέγχου μπορεί να βρεθεί, για παράδειγμα, σε μετατροπείς που παράγουν ένα ημιτονοειδές σήμα μιας δεδομένης συχνότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, αρκεί να ορίσετε μια παύση "νεκρού χρόνου" μεταξύ του κλεισίματος ενός τρανζίστορ μισής γέφυρας και του ανοίγματος του δεύτερου.
Ρύζι. 2.14. Τυπικό διάγραμμα σύνδεσης για IRS2110 και IRS2113
Ένα τέτοιο πρόγραμμα οδήγησης με ενσωματωμένη μονάδα για εγγυημένο σχηματισμό παύσης "νεκρού χρόνου" είναι διαθέσιμο στη σειρά προϊόντων International Rectifies - αυτό είναι το μικροκύκλωμα IRS2111 (Εικ. 2.15).
Ρύζι. 2.15. Λειτουργικά στοιχεία του τσιπ IRS2111
Το μπλοκ διάγραμμα δείχνει ότι ο οδηγός έχει ενσωματωμένες μονάδες για το σχηματισμό μιας παύσης «νεκρού χρόνου» για τους άνω και κάτω βραχίονες της μισής γέφυρας. Σύμφωνα με την τεκμηρίωση του κατασκευαστή, η τιμή "νεκρού χρόνου" ορίζεται στα 650 ns (τυπική τιμή), η οποία είναι αρκετά αρκετή για τον έλεγχο μισογέφυρων που αποτελούνται από τρανζίστορ ισχύος MOSFET.
Τα προγράμματα οδήγησης για τον έλεγχο σύνθετων κυκλωμάτων μετατροπέων - μονοφασικά και τριφασικά - περιέχουν μεγάλο αριθμό στοιχείων, επομένως δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι παράγονται με τη μορφή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αυτά τα μικροκυκλώματα, εκτός από τους ίδιους τους οδηγούς, περιέχουν επίσης κυκλώματα μετατροπής στάθμης, βοηθητική λογική, κυκλώματα καθυστέρησης για το σχηματισμό «νεκρού» χρόνου, κυκλώματα προστασίας κ.λπ. Με βάση το πεδίο εφαρμογής των προγραμμάτων οδήγησης IC, διακρίνονται: χαμηλή βασικοί οδηγοί? κορυφαία βασικά προγράμματα οδήγησης? οδηγοί κάτω και άνω κλειδιού. ημι-γέφυρα οδηγοί? μονοφασικοί οδηγοί γεφυρών. οδηγοί γεφυρών τριών φάσεων.
Οι κύριες παράμετροι των ενσωματωμένων προγραμμάτων οδήγησης χωρίζονται σε δύο ομάδες: δυναμικές και λειτουργικές. Οι δυναμικές περιλαμβάνουν τον χρόνο καθυστέρησης μεταγωγής κατά το ξεκλείδωμα και το κλείδωμα του κλειδιού, τον χρόνο ανόδου και πτώσης της τάσης εξόδου, καθώς και τον χρόνο αντίδρασης των κυκλωμάτων προστασίας. Οι πιο σημαντικές λειτουργικές παράμετροι: μέγιστη τιμή παλμού του εισερχόμενου/εξερχόμενου ρεύματος εξόδου, επίπεδα εισόδου, εύρος τάσης τροφοδοσίας, αντίσταση εξόδου.
Τα προγράμματα οδήγησης συχνά έχουν επίσης ορισμένες λειτουργίες προστασίας για τρανζίστορ MOS και JGVT. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν: προστασία από βραχυκύκλωμα κλειδιού. προστασία από υπόταση οδηγού.
προστασία από ρεύματα. προστασία κατά της βλάβης της πόρτας.
Ερωτήσεις για αυτοέλεγχο
Ποιες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ των διπολικών τρανζίστορ και των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη χρήση τους ως ηλεκτρονικοί διακόπτες;
Ποια πλεονεκτήματα των διπολικών τρανζίστορ και των τρανζίστορ φαινομένου πεδίου συνδυάζει το MOPBT;
Αναφέρετε τους κύριους στατικούς τρόπους λειτουργίας των τρανζίστορ. Σε ποιους τρόπους θα πρέπει να χρησιμοποιούνται τα τρανζίστορ σε συσκευές ηλεκτρονικών ισχύος;
Χρησιμοποιώντας το σχήμα Larionov, εξηγήστε την ουσία του πλάτους παλμού
διαμόρφωση (PWM).
Το άρθρο είναι αφιερωμένο στις εξελίξεις της Electrum AV LLC για βιομηχανικές εφαρμογές, των οποίων τα χαρακτηριστικά είναι παρόμοια με τις αρθρωτές συσκευές που παράγονται από τη Semikron και την CT Concept.
Οι σύγχρονες έννοιες για την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ισχύος και το επίπεδο της τεχνολογικής βάσης της σύγχρονης μικροηλεκτρονικής καθορίζουν την ενεργό ανάπτυξη συστημάτων που βασίζονται σε συσκευές IGBT διαφόρων διαμορφώσεων και ισχύος. Στο κρατικό πρόγραμμα «Εθνική Τεχνολογική Βάση», δύο εργασίες αφιερώνονται σε αυτόν τον τομέα σχετικά με την ανάπτυξη μιας σειράς μονάδων IGBT μέσης ισχύος στην επιχείρηση Kontur (Cheboksary) και μιας σειράς μονάδων IGBT υψηλής ισχύος στην επιχείρηση Kremniy ( Μπριάνσκ). Ταυτόχρονα, η χρήση και η ανάπτυξη συστημάτων που βασίζονται σε μονάδες IGBT περιορίζεται από την έλλειψη εγχώριων συσκευών οδήγησης για τον έλεγχο των πυλών IGBT. Αυτό το πρόβλημα είναι επίσης σημαντικό για τρανζίστορ φαινομένου πεδίου υψηλής ισχύος που χρησιμοποιούνται σε συστήματα μετατροπέων με τάσεις έως 200 V.
Επί του παρόντος, οι συσκευές ελέγχου για τρανζίστορ με επίδραση πεδίου υψηλής ισχύος και IGBT αντιπροσωπεύονται στη ρωσική «ηλεκτρονική» αγορά από τις Agilent Technologies, IR, Powerex, Semikron και CT Concept. Τα προϊόντα IR και Agilent περιέχουν μόνο μια συσκευή για τη δημιουργία σημάτων ελέγχου τρανζίστορ και κυκλωμάτων προστασίας και, στην περίπτωση εργασίας με τρανζίστορ υψηλής ισχύος ή σε υψηλές συχνότητες, απαιτούν πρόσθετα στοιχεία για τη χρήση τους: μετατροπέας DC/DC της απαιτούμενης ισχύος παράγουν τις τάσεις τροφοδοσίας των σταδίων εξόδου, ισχυρές εξωτερικές βαθμίδες εξόδου για τη δημιουργία σημάτων ελέγχου πύλης με την απαιτούμενη απότομη κλίση των άκρων, προστατευτικά στοιχεία (δίοδοι zener, δίοδοι κ.λπ.), στοιχεία διεπαφής συστήματος ελέγχου (λογική εισόδου, σχηματισμός διαγράμματος ελέγχου για συσκευές μισής γέφυρας, οπτικά απομονωμένα σήματα κατάστασης της κατάστασης του ελεγχόμενου τρανζίστορ, τάσεις τροφοδοσίας κ.λπ.). Τα προϊόντα Powerex απαιτούν επίσης μετατροπέα DC/DC και απαιτούνται πρόσθετα εξωτερικά εξαρτήματα για αντιστοίχιση με TTL, CMOS και οπτικές ίνες. Δεν υπάρχουν επίσης απαραίτητα σήματα κατάστασης με γαλβανική απομόνωση.
Τα πιο ολοκληρωμένα προγράμματα οδήγησης είναι από τη Semikron (σειρά SKHI) και το CT Concept (τύποι Standard ή SCALE). Τα προγράμματα οδήγησης CT Concept της σειράς Standart και τα προγράμματα οδήγησης SKHI κατασκευάζονται με τη μορφή πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος με συνδέσμους για σύνδεση στο σύστημα ελέγχου και ελεγχόμενα τρανζίστορ με τα απαραίτητα στοιχεία εγκατεστημένα σε αυτά και με δυνατότητα εγκατάστασης στοιχείων συντονισμού από τον καταναλωτή. Τα προϊόντα είναι παρόμοια στα λειτουργικά και παραμετρικά τους χαρακτηριστικά.
Η γκάμα των προγραμμάτων οδήγησης SKHI φαίνεται στον Πίνακα 1.
Πίνακας 1. Ονοματολογία οδηγών SKHI
| Τύπος προγράμματος οδήγησης semikron | Αριθμός καναλιών | Μέγιστη τάση για έλεγχο. τρανζίστορ, V | Αλλαγή τάσης πύλης, V | Max imp. έξοδος ρεύμα, Α | Μέγιστη φόρτιση πύλης, μC | Συχνότητα, kHz | Τάση μόνωσης, kV | DU/dt, kV/µs |
| SKHI 10/12 | 1 | 1200 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 17/10 | 1 | 1700 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 21A | 1 | 1200 | +15/–0 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A/22B | 2 | 1200 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A/H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 22V/H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 23/12 | 2 | 1200 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 23/17 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 24 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 5 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 26W | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 26F | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 27W | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 27F | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 61 | 6 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHI 71 | 7 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHIВS 01 | 7 | 1200 | +15/–8 | 1,5 | 0,75 | 20 | 2,5 | 15 |
Τα προγράμματα οδήγησης CT Concept SCALE κατασκευάζονται με βάση ένα βασικό υβριδικό συγκρότημα και περιλαμβάνουν τα κύρια στοιχεία για τον έλεγχο ισχυρών τρανζίστορ με εφέ πεδίου ή IGBT, τα οποία είναι τοποθετημένα σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, με δυνατότητα εγκατάστασης των απαραίτητων στοιχείων συντονισμού. Η πλακέτα είναι επίσης εξοπλισμένη με τους απαραίτητους συνδέσμους και υποδοχές.
Η γκάμα των βασικών υβριδικών συγκροτημάτων οδηγών SCALE από την CT Concept φαίνεται στον Πίνακα 2.
Οι συσκευές οδήγησης που παράγονται από την Electrum AV είναι πλήρως ολοκληρωμένες, λειτουργικά πλήρεις συσκευές που περιέχουν όλα τα απαραίτητα στοιχεία για τον έλεγχο των πυλών ισχυρών τρανζίστορ, παρέχοντας τα απαραίτητα επίπεδα αντιστοίχισης σημάτων ρεύματος και δυναμικού, διάρκεια ακμών και καθυστερήσεων, καθώς και τα απαραίτητα επίπεδα προστασίας των ελεγχόμενων τρανζίστορ σε επικίνδυνα επίπεδα τάσης κορεσμού (υπερφόρτωση ρεύματος ή βραχυκύκλωμα) και ανεπαρκή τάση στην πύλη. Οι μετατροπείς DC/DC και τα στάδια εξόδου τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται έχουν την απαραίτητη ισχύ για να διασφαλίζουν την μεταγωγή ελεγχόμενων τρανζίστορ οποιασδήποτε ισχύος σε επαρκή ταχύτητα ώστε να εξασφαλίζονται ελάχιστες απώλειες μεταγωγής. Οι μετατροπείς DC/DC και οι οπτικοί συζεύκτες έχουν επαρκή επίπεδα γαλβανικής απομόνωσης για χρήση σε συστήματα υψηλής τάσης.
Πίνακας 2. Ονοματολογία βασικών υβριδικών συγκροτημάτων οδηγών SCALE από την CT Concept
| Τύπος προγράμματος οδήγησης από την CT Concept | Αριθμός καναλιών | Τάση τροφοδοσίας προγράμματος οδήγησης, V | Max imp. ρεύμα εξόδου, Α | Μέγιστη τάση στον έλεγχο. τρανζίστορ, V | Ισχύς εξόδου, W | Latency, ns | Τάση μόνωσης, V | du/dt, kV/μs | Είσοδος |
| IGD 508E | 1 | ±15 | ±8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Vols | |
| IGD 515E | 1 | ±15 | ±15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Vols | |
| IGD 608E | 1 | ±15 | ±8 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IGD608A1 17 | 1 | ±15 | ±8 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IGD 615A | 1 | ±15 | ±15 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IGD615A1 17 | 1 | ±15 | ±15 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IHD 215A | 2 | ±15 | ±1,5 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IHD 280A | 2 | ±15 | ±8 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IHD280A1 17 | 2 | ±15 | ±8 | 1700 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IHD 680A | 2 | ±15 | ±8 | 1200 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IHD680A1 17 | 2 | ±15 | ±8 | 1700 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Εκσταση |
| IHD 580 F | 2 | ±15 | ±8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | Vols |
Αυτό το άρθρο θα παρουσιάσει συσκευές MD115, MD150, MD180 (MD115P, MD150P, MD180P) για τον έλεγχο μεμονωμένων τρανζίστορ, καθώς και MD215, MD250, MD280 (MD215P, MD250P, MD280P) για τον έλεγχο των συσκευών μισού τρανζίστορ.
Μονάδα προγράμματος οδήγησης για τρανζίστορ IGBT μονού καναλιού και υψηλής ισχύος: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
Η μονάδα οδηγού MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P είναι ένα υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα για τον έλεγχο IGBT και ισχυρών τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, ακόμη και όταν συνδέονται παράλληλα. Η μονάδα παρέχει αντιστοίχιση των επιπέδων ρεύματος και τάσης με τα περισσότερα IGBT και τρανζίστορ υψηλής ισχύος πεδίου με μέγιστη επιτρεπόμενη τάση έως 1700 V, προστασία από υπερφόρτωση ή βραχυκύκλωμα και από ανεπαρκή τάση στην πύλη τρανζίστορ. Ο οδηγός παράγει ένα σήμα "συναγερμού" όταν παραβιάζεται ο τρόπος λειτουργίας του τρανζίστορ. Χρησιμοποιώντας εξωτερικά στοιχεία, ο τρόπος λειτουργίας του οδηγού ρυθμίζεται για βέλτιστο έλεγχο διαφορετικών τύπων τρανζίστορ. Ο οδηγός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση τρανζίστορ με εξόδους "Kelvin" ή για τον έλεγχο του ρεύματος χρησιμοποιώντας μια αντίσταση ανίχνευσης ρεύματος. Οι συσκευές MD115P, MD150P, MD180P περιέχουν έναν ενσωματωμένο μετατροπέα DC/DC για την τροφοδοσία των σταδίων εξόδου του προγράμματος οδήγησης. Οι συσκευές MD115, MD150, MD180 απαιτούν εξωτερική απομονωμένη πηγή ενέργειας.
Ανάθεση καρφίτσας
1 - "emergency +" 2 - "emergency -" 3 - "input +" 4 - "input -" 5 - "U power +" (μόνο για μοντέλα με δείκτη "P") 6 - "U power –" ( μόνο για μοντέλα με δείκτη "P") 7 - "Γενικά" 8 - "+E power" 9 - "output" - έλεγχος πύλης τρανζίστορ 10 - "–E power" 11 - "forward" - είσοδος ελέγχου τάσης κορεσμού του ελεγχόμενο τρανζίστορ 12 - "ρεύμα" - είσοδος για παρακολούθηση του ρεύματος που ρέει μέσω του ελεγχόμενου τρανζίστορ
Μονάδες προγράμματος οδήγησης για τρανζίστορ IGBT διπλού καναλιού και ισχύς πεδίου ισχύος IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I
Οι μονάδες οδήγησης MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P είναι ένα υβριδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα για τον έλεγχο IGBT και ισχυρών τρανζίστορ πεδίου μέσω δύο καναλιών, τόσο ανεξάρτητα όσο και σε σύνδεση μισής γέφυρας, ακόμη και όταν τα τρανζίστορ συνδέονται παράλληλα. Το πρόγραμμα οδήγησης παρέχει αντιστοίχιση των επιπέδων ρεύματος και τάσης με τα περισσότερα IGBT και τρανζίστορ πεδίου υψηλής ισχύος με μέγιστες επιτρεπόμενες τάσεις έως 1700 V, προστασία από υπερφόρτωση ή βραχυκύκλωμα και ανεπαρκές επίπεδο τάσης στην πύλη τρανζίστορ. Οι είσοδοι του οδηγού είναι γαλβανικά απομονωμένες από τη μονάδα ισχύος με τάση μόνωσης 4 kV. Το πρόγραμμα οδήγησης περιέχει εσωτερικούς μετατροπείς DC/DC που σχηματίζουν τα απαραίτητα επίπεδα για τον έλεγχο των πυλών των τρανζίστορ. Η συσκευή παράγει τα απαραίτητα σήματα κατάστασης που χαρακτηρίζουν τον τρόπο λειτουργίας των τρανζίστορ, καθώς και τη διαθεσιμότητα ισχύος. Χρησιμοποιώντας εξωτερικά στοιχεία, ο τρόπος λειτουργίας του οδηγού ρυθμίζεται για βέλτιστο έλεγχο διαφορετικών τύπων τρανζίστορ.
Πίνακας 4. Ονομασία καρφίτσας της μονάδας οδήγησης IGBT διπλού καναλιού και των τρανζίστορ πεδίου ισχύος
| Pin No. | Ονομασία | Λειτουργία | Pin No. | Ονομασία | Λειτουργία |
| 14 | ВХ1 "+" | Είσοδος άμεσου ελέγχου καναλιού 1 | 15 | IR | Συλλέκτης μέτρησης για την παρακολούθηση της τάσης κορεσμού στο ελεγχόμενο τρανζίστορ του πρώτου καναλιού |
| 13 | ВХ1 “–” | Αντίστροφη είσοδος ελέγχου του πρώτου καναλιού | 16 | IR1 | Είσοδος ελέγχου τάσης κορεσμού με ρυθμιζόμενο κατώφλι και χρόνο μπλοκαρίσματος του πρώτου καναλιού |
| 12 | ST "+E pit" | Κατάσταση της τάσης τροφοδοσίας του σταδίου εξόδου του πρώτου καναλιού | 17 | Έξω2 | Έξοδος ελέγχου πύλης τρανζίστορ με ρυθμιζόμενο χρόνο ενεργοποίησης του ελεγχόμενου τρανζίστορ του πρώτου καναλιού |
| 11 | ΒΔ | Είσοδος για σύνδεση πρόσθετου πυκνωτή (ρύθμιση χρόνου καθυστέρησης ενεργοποίησης) του πρώτου καναλιού | 18 | Έξω 1 | Έξοδος ελέγχου πύλης τρανζίστορ με ρυθμιζόμενο χρόνο απενεργοποίησης του ελεγχόμενου τρανζίστορ του πρώτου καναλιού |
| 10 | ST | Έξοδος συναγερμού κατάστασης στο ελεγχόμενο τρανζίστορ του πρώτου καναλιού | 19 | –Ε λάκκος | |
| 9 | ΦΡΑΓΜΟΣ | Κλείδωμα εισόδου | 20 | Γενικός | Έξοδοι τάσης τροφοδοσίας του τμήματος ισχύος του οδηγού του πρώτου καναλιού |
| 8 | Δεν εμπλέκεται | 21 | +Ε λάκκος | Έξοδοι τάσης τροφοδοσίας του τμήματος ισχύος του οδηγού του πρώτου καναλιού | |
| 7 | +5V | 22 | +E pit " | ||
| 6 | Είσοδος για σύνδεση ρεύματος στο κύκλωμα εισόδου | 23 | Γενικός" | Έξοδοι τάσης τροφοδοσίας του τμήματος ισχύος του οδηγού δεύτερου καναλιού | |
| 5 | ВХ2 "+" | Είσοδος άμεσου ελέγχου καναλιού 2 | 24 | -Ε λάκκο" | Έξοδοι τάσης τροφοδοσίας του τμήματος ισχύος του οδηγού δεύτερου καναλιού |
| 4 | ВХ2 “–” | Αντίστροφη είσοδος ελέγχου του δεύτερου καναλιού | 25 | Έξω 1" | Έξοδος ελέγχου πύλης τρανζίστορ με ρυθμιζόμενο χρόνο ενεργοποίησης του ελεγχόμενου τρανζίστορ του δεύτερου καναλιού |
| 3 | ST “+E pit”9 | Κατάσταση της τάσης τροφοδοσίας του σταδίου εξόδου του δεύτερου καναλιού | 26 | Έξω 2" | Έξοδος ελέγχου πύλης τρανζίστορ με ρυθμιζόμενο χρόνο απενεργοποίησης του ελεγχόμενου τρανζίστορ του δεύτερου καναλιού |
| 2 | Sz9 | Είσοδος για σύνδεση πρόσθετου πυκνωτή (ρύθμιση χρόνου καθυστέρησης μεταγωγής) του δεύτερου καναλιού | 27 | IK1" | Είσοδος ελέγχου τάσης κορεσμού με ρυθμιζόμενο κατώφλι και χρόνο μπλοκαρίσματος του δεύτερου καναλιού |
| 1 | ST9 | Έξοδος συναγερμού κατάστασης στο ελεγχόμενο τρανζίστορ του δεύτερου καναλιού | 28 | IR" | Συλλέκτης μέτρησης για την παρακολούθηση της τάσης κορεσμού στο ελεγχόμενο τρανζίστορ του δεύτερου καναλιού |
Οι συσκευές και των δύο τύπων MD1ХХХ και MD2ХХХ παρέχουν τη δημιουργία σημάτων ελέγχου πύλης τρανζίστορ με χωριστά ρυθμιζόμενες τιμές ρευμάτων φόρτισης και εκφόρτισης, με τις απαιτούμενες δυναμικές παραμέτρους, παρέχουν έλεγχο τάσης και προστασία των πυλών τρανζίστορ σε περίπτωση ανεπαρκούς ή υπερβολικής τάσης στο τους. Και οι δύο τύποι συσκευών παρακολουθούν την τάση κορεσμού του ελεγχόμενου τρανζίστορ και εκτελούν μια ομαλή απενεργοποίηση φορτίου έκτακτης ανάγκης σε κρίσιμες καταστάσεις, δημιουργώντας ένα σήμα οπτικού συζεύκτη που το υποδεικνύει. Εκτός από αυτές τις λειτουργίες, οι συσκευές της σειράς MD1XXX έχουν τη δυνατότητα να ελέγχουν το ρεύμα μέσω ενός ελεγχόμενου τρανζίστορ χρησιμοποιώντας μια εξωτερική αντίσταση μέτρησης ρεύματος - ένα "shunt". Τέτοιες αντιστάσεις, με αντιστάσεις από 0,1 έως αρκετά mOhms και ισχύ δεκάδων και εκατοντάδων W, κατασκευασμένες σε κεραμικές βάσεις με τη μορφή λωρίδων νικρώματος ή μαγγανίνης ακριβούς γεωμετρίας με ρυθμιζόμενες ονομαστικές τιμές, αναπτύχθηκαν επίσης από την Electrum AV LLC. Περισσότερες λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με αυτά μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπο www.orel.ru/voloshin.
Πίνακας 5. Βασικές ηλεκτρικές παράμετροι
| Κύκλωμα εισόδου | ||||
| ελάχ. | τύπος. | Μέγ. | ||
| Τάση τροφοδοσίας, V | 4,5 | 5 | 18 | |
| Κατανάλωση ρεύματος, mA | όχι περισσότερο από 80 χωρίς φορτίο όχι περισσότερο από 300 mA με φορτίο | |||
| Λογική εισαγωγής | CMOS 3–15 V, TTL | |||
| Ρεύμα στις εισόδους ελέγχου, mA | όχι περισσότερο από 0,5 | |||
| Τάση εξόδου st, V | όχι περισσότερο από 15 | |||
| Ρεύμα εξόδου st, mA | τουλάχιστον 10 | |||
| Κύκλωμα εξόδου | ||||
| Ρεύμα αιχμής εξόδου, Α | ||||
| MD215 | όχι περισσότερο από 1,5 | |||
| MD250 | όχι περισσότερο από 5,0 | |||
| MD280 | όχι περισσότερο από 8,0 | |||
| Μέσο ρεύμα εξόδου, mA | όχι περισσότερο από 40 | |||
| Μέγιστη συχνότητα μεταγωγής, kHz | όχι λιγότερο από 100 | |||
| Ρυθμός μεταβολής τάσης, kV/μs | τουλάχιστον 50 | |||
| Μέγιστη τάση στο ελεγχόμενο τρανζίστορ, V | όχι λιγότερο από 1200 | |||
| Μετατροπέας DC/DC | ||||
| Τάση εξόδου, V | τουλάχιστον 15 | |||
| Power, W | όχι λιγότερο από 1 όχι λιγότερο από 6 (για μοντέλα με δείκτη M) | |||
| Αποδοτικότητα | τουλάχιστον 80% | |||
| Δυναμικά χαρακτηριστικά | ||||
| Καθυστέρηση εξόδου εισόδου t on, μs | όχι περισσότερο από 1 | |||
| Προστατευτική καθυστέρηση τερματισμού t off, μs | όχι περισσότερο από 0,5 | |||
| Καθυστέρηση ενεργοποίησης κατάστασης, μs | όχι περισσότερο από 1 | |||
| Χρόνος αποκατάστασης μετά την ενεργοποίηση της προστασίας, μs | όχι περισσότερο από 10 | |||
| τουλάχιστον 1 (καθορίζεται από τις χωρητικότητες Сt,Сt") | ||||
| Χρόνος απόκρισης του κυκλώματος προστασίας τάσης κορεσμού όταν το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο tblock, μs | τουλάχιστον 1 | |||
| Τάσεις κατωφλίου | ||||
| ελάχ. | τύπος. | Μέγ. | ||
| Όριο προστασίας για ανεπαρκή τροφοδοσία E, V | 10,4 | 11 | 11,7 | |
| Το κύκλωμα προστασίας τάσης κορεσμού του ελεγχόμενου τρανζίστορ διασφαλίζει ότι η έξοδος είναι απενεργοποιημένη και το σήμα CT παράγεται σε μια τάση στην είσοδο "IR", V | 6 | 6,5 | 7 | |
| Μόνωση | ||||
| Τάση απομόνωσης των σημάτων ελέγχου σε σχέση με τα σήματα ισχύος, V | όχι μικρότερη από 4000 AC τάση | |||
| Τάση μόνωσης μετατροπέα DC/DC, V | όχι μικρότερη από 3000 DC τάση | |||
Τα προτεινόμενα προγράμματα οδήγησης σάς επιτρέπουν να ελέγχετε τρανζίστορ σε υψηλές συχνότητες (έως 100 kHz), γεγονός που σας επιτρέπει να επιτύχετε πολύ υψηλή απόδοση των διαδικασιών μετατροπής.
Οι συσκευές της σειράς MD2ХХХ διαθέτουν ενσωματωμένο λογικό μπλοκ εισόδου που σας επιτρέπει να ελέγχετε σήματα με διαφορετικές τιμές από 3 έως 15 V (CMOS) και τυπικά επίπεδα TTL, παρέχοντας ταυτόσημο επίπεδο σημάτων ελέγχου πύλης τρανζίστορ και σχηματίζοντας ένα Διάρκεια καθυστέρησης μεταγωγής των άνω και υψηλότερων τάσεων, ρυθμιζόμενη με χρήση εξωτερικών πυκνωτών του κάτω βραχίονα της μισής γέφυρας, η οποία εξασφαλίζει την απουσία διαμπερών ρευμάτων.
Δυνατότητες χρήσης προγραμμάτων οδήγησης χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της συσκευής MD2ХХХ
Σύντομη επισκόπηση
Οι μονάδες οδήγησης MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P είναι γενικές μονάδες ελέγχου σχεδιασμένες για εναλλαγή IGBT και τρανζίστορ φαινομένου πεδίου υψηλής ισχύος.
Όλοι οι τύποι MD2ХХХ έχουν αμοιβαία συμβατές επαφές και διαφέρουν μόνο στο επίπεδο μέγιστου ρεύματος παλμού.
Οι τύποι MD με υψηλότερες ισχύς - MD250, MD280, MD250P, MD280P είναι κατάλληλοι για τις περισσότερες μονάδες ή πολλά τρανζίστορ παράλληλης σύνδεσης που χρησιμοποιούνται σε υψηλές συχνότητες.
Οι μονάδες προγράμματος οδήγησης της σειράς MD2XXX παρέχουν μια ολοκληρωμένη λύση σε προβλήματα ελέγχου και προστασίας για IGBT και τρανζίστορ πεδίου ισχύος. Στην πραγματικότητα, δεν απαιτούνται πρόσθετα εξαρτήματα ούτε στην πλευρά εισόδου ούτε στην πλευρά εξόδου.
Δράση
Οι μονάδες προγράμματος οδήγησης MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P για καθένα από τα δύο κανάλια περιέχουν:
- κύκλωμα εισόδου που παρέχει αντιστοίχιση επιπέδου σήματος και προστατευτική καθυστέρηση μεταγωγής.
- ηλεκτρική μόνωση μεταξύ του κυκλώματος εισόδου και του τμήματος ισχύος (εξόδου).
- Κύκλωμα ελέγχου πύλης τρανζίστορ. σε ανοιχτό τρανζίστορ.
- κύκλωμα για την παρακολούθηση του επιπέδου τάσης τροφοδοσίας του τμήματος ισχύος του οδηγού.
- ενισχυτής ισχύος?
- προστασία από υπερτάσεις στο τμήμα εξόδου του οδηγού.
- ηλεκτρικά απομονωμένη πηγή τάσης - Μετατροπέας DC//DC (μόνο για μονάδες με δείκτη P)
Και τα δύο κανάλια οδήγησης λειτουργούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.
Χάρη στην ηλεκτρική μόνωση που παρέχεται από μετασχηματιστές και οπτικούς συζεύκτες (υπόκειται σε δοκιμαστική τάση 2650 V AC στα 50 Hz για 1 λεπτό) μεταξύ του κυκλώματος εισόδου και του τμήματος ισχύος, καθώς και σε εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα περιστροφής τάσης 30 kV/μs , οι μονάδες οδήγησης χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα με μεγάλες τάσεις δυναμικού και μεγάλα άλματα δυναμικού μεταξύ του εξαρτήματος ισχύος και του κυκλώματος ελέγχου.
Οι πολύ σύντομοι χρόνοι καθυστέρησης των προγραμμάτων οδήγησης της σειράς MD2XXX τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται σε τροφοδοτικά υψηλής συχνότητας, μετατροπείς υψηλής συχνότητας και μετατροπείς συντονισμού. Χάρη στους εξαιρετικά σύντομους χρόνους καθυστέρησης, εγγυώνται απρόσκοπτη λειτουργία κατά τον έλεγχο της γέφυρας.
Μία από τις κύριες λειτουργίες των προγραμμάτων οδήγησης της σειράς MD2ХХХ είναι η εγγύηση αξιόπιστης προστασίας των τρανζίστορ ελεγχόμενης ισχύος από βραχυκυκλώματα και υπερφορτώσεις. Η κατάσταση έκτακτης ανάγκης του τρανζίστορ προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας την τάση στον συλλέκτη του τρανζίστορ ισχύος στην ανοιχτή κατάσταση. Εάν ξεπεραστεί ένα όριο που καθορίζεται από το χρήστη, το τρανζίστορ ισχύος απενεργοποιείται και παραμένει απενεργοποιημένο μέχρι να τελειώσει το ενεργό επίπεδο σήματος στην είσοδο ελέγχου. Μετά από αυτό, το τρανζίστορ μπορεί να ενεργοποιηθεί ξανά εφαρμόζοντας ένα ενεργό επίπεδο στην είσοδο ελέγχου. Αυτή η ιδέα προστασίας χρησιμοποιείται ευρέως για την αξιόπιστη προστασία των IGBT.
Λειτουργική αντιστοίχιση ακίδων
Καρφίτσες 14 (VX1 "+"), 13 (VX1 "-")
Οι ακίδες 13 και 14 είναι οι είσοδοι ελέγχου του προγράμματος οδήγησης. Ο έλεγχος πραγματοποιείται με την εφαρμογή λογικών επιπέδων TTL σε αυτά. Η είσοδος In1 "+" είναι άμεση, δηλαδή, όταν εφαρμόζεται ένα λογικό 1, ανοίγει το τρανζίστορ ισχύος και όταν εφαρμόζεται 0, κλείνει. Η είσοδος In1 “–” είναι αντίστροφη, δηλαδή, όταν εφαρμόζεται το λογικό 1 σε αυτό, το τρανζίστορ ισχύος κλείνει και όταν εφαρμόζεται το 1, ανοίγει. Συνήθως, το In1 "–" συνδέεται στον κοινό αγωγό του τμήματος εισόδου του προγράμματος οδήγησης και ελέγχεται χρησιμοποιώντας την είσοδο "+" In1. Η αναστροφή και η μη αναστροφή σύνδεση προγράμματος οδήγησης φαίνεται στο Σχ. 10.
Ο Πίνακας 6 δείχνει το διάγραμμα κατάστασης ενός καναλιού προγράμματος οδήγησης.
Η ηλεκτρική απομόνωση μεταξύ των μερών εισόδου και εξόδου του οδηγού σε αυτές τις ακίδες πραγματοποιείται με χρήση οπτικών συζευκτών. Χάρη στη χρήση τους, εξαλείφεται η πιθανότητα επιρροής μεταβατικών διεργασιών που συμβαίνουν στο τρανζίστορ ισχύος στο κύκλωμα ελέγχου.
Πίνακας 6. Διάγραμμα κατάστασης ενός καναλιού προγράμματος οδήγησης
| Σε 1+ | σε 1- | Τάση πύλης τρανζίστορ | Τάση κορεσμού τρανζίστορ >κανονική | Αγ | St "+E pit" | Εξω |
| Χ | Χ | + | Χ | Χ | μεγάλο | μεγάλο |
| x | x | x | + | μεγάλο | Ν | μεγάλο |
| μεγάλο | x | x | x | x | Ν | μεγάλο |
| x | H | x | x | x | H | μεγάλο |
| H | μεγάλο | - | - | H | H | H |
Το κύκλωμα εισόδου έχει ενσωματωμένη προστασία που εμποδίζει το ταυτόχρονο άνοιγμα και των δύο τρανζίστορ ισχύος της μισής γέφυρας. Εάν εφαρμοστεί ένα ενεργό σήμα ελέγχου στις εισόδους ελέγχου και των δύο καναλιών, το κύκλωμα θα μπλοκαριστεί και θα κλείσουν και τα δύο τρανζίστορ ισχύος.
Οι μονάδες οδήγησης θα πρέπει να βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο κοντά στα τρανζίστορ ισχύος και να συνδέονται μαζί τους με τους συντομότερους δυνατούς αγωγούς. Οι είσοδοι In1 "+" και In1 "–" μπορούν να συνδεθούν στο κύκλωμα ελέγχου και παρακολούθησης με αγωγούς μήκους έως 25 cm.
Επιπλέον, οι αγωγοί πρέπει να κινούνται παράλληλα. Επιπλέον, οι είσοδοι In1 "+" και In1 "–" μπορούν να συνδεθούν στο κύκλωμα ελέγχου και παρακολούθησης χρησιμοποιώντας ένα συνεστραμμένο ζεύγος. Ο κοινός αγωγός στο κύκλωμα εισόδου πρέπει πάντα να συνδέεται χωριστά και για τα δύο κανάλια για να διασφαλίζεται η αξιόπιστη μετάδοση των παλμών ελέγχου.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι η αξιόπιστη μετάδοση των παλμών ελέγχου λαμβάνει χώρα σε περίπτωση πολύ μεγάλου παλμού, η πλήρης διαμόρφωση πρέπει να ελεγχθεί στην περίπτωση ενός ελάχιστα βραχύ παλμού ελέγχου.
Καρφίτσα 12 (ST "+E pit")
Ο ακροδέκτης 12 είναι μια έξοδος κατάστασης που επιβεβαιώνει την παρουσία ισχύος (+18 V) στο τμήμα εξόδου (ισχύς) του προγράμματος οδήγησης. Συναρμολογείται σύμφωνα με ένα ανοιχτό κύκλωμα συλλέκτη. Όταν ο οδηγός λειτουργεί κανονικά (το τροφοδοτικό είναι διαθέσιμο και το επίπεδο του είναι αρκετό), ο ακροδέκτης κατάστασης συνδέεται στον κοινό ακροδέκτη του κυκλώματος ελέγχου χρησιμοποιώντας ένα ανοιχτό τρανζίστορ. Εάν αυτή η ακίδα κατάστασης είναι συνδεδεμένη σύμφωνα με το διάγραμμα που φαίνεται στην Εικ. 11, τότε μια κατάσταση έκτακτης ανάγκης θα αντιστοιχεί σε ένα επίπεδο υψηλής τάσης σε αυτήν (+5 V). Η κανονική λειτουργία του προγράμματος οδήγησης θα αντιστοιχεί σε ένα επίπεδο χαμηλής τάσης σε αυτήν την ακίδα κατάστασης. Η τυπική τιμή του ρεύματος που ρέει μέσω του ακροδέκτη κατάστασης αντιστοιχεί σε 10 mA, επομένως, η τιμή της αντίστασης R υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο R = U / 0,01,
όπου U είναι η τάση τροφοδοσίας. Όταν η τάση τροφοδοσίας πέσει κάτω από τα 12 V, το τρανζίστορ ισχύος απενεργοποιείται και ο οδηγός μπλοκάρεται.
Καρφίτσα 11 (Сз)
Ένας επιπλέον πυκνωτής συνδέεται στον ακροδέκτη 11, ο οποίος αυξάνει τον χρόνο καθυστέρησης μεταξύ του τόνου παλμού εισόδου και εξόδου στον οδηγό. Από προεπιλογή (χωρίς πρόσθετο πυκνωτή) αυτός ο χρόνος είναι ακριβώς 1 μs, λόγω του οποίου ο οδηγός δεν ανταποκρίνεται σε παλμούς μικρότερους από 1 μs (προστασία από παλμικό θόρυβο). Ο κύριος σκοπός αυτής της καθυστέρησης είναι να εξαλειφθεί η εμφάνιση διαμπερών ρευμάτων που προκύπτουν σε ημιγέφυρες. Μέσω των ρευμάτων προκαλούν θέρμανση των τρανζίστορ ισχύος, ενεργοποίηση προστασίας έκτακτης ανάγκης, αύξηση της κατανάλωσης ρεύματος και επιδείνωση της απόδοσης του κυκλώματος. Με την εισαγωγή αυτής της καθυστέρησης, και τα δύο κανάλια ενός οδηγού φορτωμένου με μισή γέφυρα μπορούν να οδηγηθούν από ένα μόνο σήμα τετραγωνικού κύματος.
Για παράδειγμα, η μονάδα 2MBI 150 έχει καθυστέρηση απενεργοποίησης 3 μs, επομένως, για να αποφευχθεί η εμφάνιση διαμπερών ρευμάτων στη μονάδα όταν τα κανάλια ελέγχονται από κοινού, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε μια πρόσθετη χωρητικότητα τουλάχιστον 1200. pF και στα δύο κανάλια.
Για να μειωθεί η επίδραση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος στο χρόνο καθυστέρησης, είναι απαραίτητο να επιλέξετε πυκνωτές με χαμηλό TKE.
Pin 10 (ST)
Ο ακροδέκτης 10 είναι η έξοδος κατάστασης ενός συναγερμού στο τρανζίστορ ισχύος του πρώτου καναλιού. Ένα υψηλό επίπεδο λογικής στην έξοδο αντιστοιχεί στην κανονική λειτουργία του οδηγού και ένα χαμηλό επίπεδο αντιστοιχεί σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης. Ένα ατύχημα συμβαίνει όταν η τάση κορεσμού στο τρανζίστορ ισχύος υπερβαίνει το επίπεδο κατωφλίου. Το μέγιστο ρεύμα που διαρρέει την έξοδο είναι 8 mA.
Pin 9 (BLOCK)
Ο ακροδέκτης 6 είναι η είσοδος ελέγχου του προγράμματος οδήγησης. Όταν εφαρμόζεται μια λογική σε αυτό, η λειτουργία του οδηγού μπλοκάρεται και μια τάση μπλοκαρίσματος παρέχεται στα τρανζίστορ ισχύος. Η είσοδος αποκλεισμού είναι κοινή και στα δύο κανάλια. Για την κανονική λειτουργία του προγράμματος οδήγησης, πρέπει να εφαρμοστεί ένα λογικό μηδέν σε αυτήν την είσοδο.
Η ακίδα 8 δεν χρησιμοποιείται.
Καρφίτσες 7 (+5 V) και 6 (κοινές)
Οι ακίδες 6 και 7 είναι είσοδοι για τη σύνδεση ρεύματος στο πρόγραμμα οδήγησης. Η τροφοδοσία παρέχεται από πηγή ισχύος 8 W και τάση εξόδου 5 ± 0,5 V. Η τροφοδοσία πρέπει να συνδέεται με τον οδηγό με βραχείς αγωγούς (για μείωση των απωλειών και αύξηση της θορύβου). Εάν οι αγωγοί σύνδεσης έχουν μήκος μεγαλύτερο από 25 cm, είναι απαραίτητο να τοποθετήσετε μεταξύ τους πυκνωτές καταστολής θορύβου όσο το δυνατόν πιο κοντά στον οδηγό (κεραμικός πυκνωτής χωρητικότητας 0,1 μF).
Καρφίτσα 15 (IR)
Ο πείρος 15 (συλλέκτης μέτρησης) συνδέεται με τον συλλέκτη του τρανζίστορ ισχύος. Μέσω αυτού, ελέγχεται η τάση στο ανοιχτό τρανζίστορ. Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος ή υπερφόρτωσης, η τάση στο ανοιχτό τρανζίστορ αυξάνεται απότομα. Όταν ξεπεραστεί το όριο τάσης στον συλλέκτη τρανζίστορ, το τρανζίστορ ισχύος απενεργοποιείται και ενεργοποιείται η κατάσταση συναγερμού ST. Τα διαγράμματα χρόνου των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο πρόγραμμα οδήγησης όταν ενεργοποιείται η προστασία φαίνονται στο Σχ. 7. Το όριο απόκρισης προστασίας μπορεί να μειωθεί συνδέοντας διόδους συνδεδεμένες σε σειρά και η τιμή κατωφλίου της τάσης κορεσμού είναι U us. por.=7 –n U pr.VD, όπου n είναι ο αριθμός των διόδων, U pr.VD είναι η πτώση τάσης στην ανοιχτή δίοδο. Εάν το τρανζίστορ ισχύος τροφοδοτείται από πηγή 1700 V, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε μια πρόσθετη δίοδο με τάση διακοπής τουλάχιστον 1000 V. Η κάθοδος της διόδου συνδέεται με τον συλλέκτη του τρανζίστορ ισχύος. Ο χρόνος απόκρισης προστασίας μπορεί να ρυθμιστεί χρησιμοποιώντας τον πείρο 16-IK1.
Pin 16 (IC1)
Ο πείρος 16 (συλλέκτης μέτρησης), σε αντίθεση με τον πείρο 15, δεν έχει ενσωματωμένη δίοδο και περιοριστική αντίσταση. Είναι απαραίτητο να συνδέσετε έναν πυκνωτή, ο οποίος καθορίζει τον χρόνο απόκρισης της προστασίας με βάση την τάση κορεσμού σε ένα ανοιχτό τρανζίστορ. Αυτή η καθυστέρηση είναι απαραίτητη για να αποφευχθεί η επίδραση παρεμβολών στο κύκλωμα. Με τη σύνδεση ενός πυκνωτή, ο χρόνος απόκρισης προστασίας αυξάνεται ανάλογα με την χωρητικότητα μπλοκαρίσματος t = 4 C U us. por., όπου C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή, pF. Αυτός ο χρόνος αθροίζεται με τον εσωτερικό χρόνο καθυστέρησης του οδηγού t off (10%) = 3 μs. Από προεπιλογή, το πρόγραμμα οδήγησης περιέχει χωρητικότητα C = 100 pF, επομένως, η καθυστέρηση απόκρισης προστασίας είναι t = 4 100 6,3 + t off (10%) = 5,5 μs. Εάν είναι απαραίτητο, αυτός ο χρόνος μπορεί να αυξηθεί συνδέοντας μια χωρητικότητα μεταξύ του ακροδέκτη 16 και του κοινού καλωδίου τροφοδοσίας της μονάδας ισχύος.
Καρφίτσες 17 (έξω 2) και 18 (έξω 1)
Οι ακίδες 17 και 18 είναι έξοδοι προγράμματος οδήγησης. Είναι σχεδιασμένα για να συνδέουν τρανζίστορ ισχύος και να προσαρμόζουν τον χρόνο ενεργοποίησης τους. Ο ακροδέκτης 17 (έξοδος 2) παρέχει ένα θετικό δυναμικό (+18 V) στην πύλη της ελεγχόμενης μονάδας και ο ακροδέκτης 18 (έξοδος 1) παρέχει ένα αρνητικό δυναμικό (–5 V). Εάν είναι απαραίτητο να διασφαλιστούν απότομες ακμές ελέγχου (περίπου 1 μs) και όχι πολύ υψηλή ισχύς φορτίου (δύο μονάδες 2MBI 150 συνδεδεμένες παράλληλα), επιτρέπεται η απευθείας σύνδεση αυτών των εξόδων στους ακροδέκτες ελέγχου των μονάδων. Εάν πρέπει να σφίξετε τα άκρα ή να περιορίσετε το ρεύμα ελέγχου (σε περίπτωση μεγάλου φορτίου), τότε οι μονάδες πρέπει να συνδεθούν στους ακροδέκτες 17 και 18 μέσω περιοριστικών αντιστάσεων.
Εάν η τάση κορεσμού υπερβαίνει το επίπεδο κατωφλίου, εμφανίζεται μια προστατευτική ομαλή μείωση της τάσης στην πύλη του τρανζίστορ ελέγχου. Χρόνος μείωσης της τάσης στην πύλη του τρανζίστορ στο επίπεδο 90%t off (90%) = 0,5 μs, στο επίπεδο 10%t off (10%) = 3 μs. Μια ομαλή μείωση της τάσης εξόδου είναι απαραίτητη προκειμένου να εξαλειφθεί η πιθανότητα αύξησης της τάσης.
Καρφίτσες 19 (προμήθεια – E), 20 (Κοινή) και 21 (+Ετροφοδοσία)
Οι ακίδες 19, 20 και 21 είναι οι έξοδοι ισχύος του τμήματος ισχύος του οδηγού. Αυτές οι ακίδες λαμβάνουν τάση από τον οδηγό μετατροπέα DC/DC. Στην περίπτωση χρήσης προγραμμάτων οδήγησης όπως MD215, MD250, MD280 χωρίς ενσωματωμένους μετατροπείς DC/DC, εξωτερικά τροφοδοτικά συνδέονται εδώ: 19 pin –5 V, 20 pin – κοινά, 21 pin +18 V για ρεύμα ανόδου έως 0,2 Α.
Υπολογισμός και επιλογή προγράμματος οδήγησης
Τα αρχικά δεδομένα για τον υπολογισμό είναι η χωρητικότητα εισόδου της μονάδας C in ή η ισοδύναμη φόρτιση Q in, η αντίσταση εισόδου της μονάδας R in, η ταλάντευση τάσης στην είσοδο της μονάδας U = 30 V (δίνονται στις πληροφορίες αναφοράς για τη μονάδα), τη μέγιστη συχνότητα λειτουργίας στην οποία λειτουργεί η μονάδα f max.
Είναι απαραίτητο να βρείτε το ρεύμα παλμού που διαρρέει την είσοδο ελέγχου της μονάδας Imax, τη μέγιστη ισχύ του μετατροπέα DC/DC P.
Το σχήμα 16 δείχνει το ισοδύναμο κύκλωμα της εισόδου της μονάδας, το οποίο αποτελείται από μια χωρητικότητα πύλης και μια περιοριστική αντίσταση.
Εάν η φόρτιση Qin καθορίζεται στα δεδομένα πηγής, τότε είναι απαραίτητο να υπολογιστεί εκ νέου στην ισοδύναμη χωρητικότητα εισόδου Cin =Qin /D U.
Η άεργος ισχύς που εκχωρείται στην χωρητικότητα εισόδου της μονάδας υπολογίζεται με τον τύπο Рс =f Q είσοδος D U. Η συνολική ισχύς του μετατροπέα DC/DC του οδηγού Р είναι το άθροισμα της ισχύος που καταναλώνεται από το στάδιο εξόδου του οδηγός Рout, και η άεργος ισχύς που κατανέμεται στην χωρητικότητα εισόδου της μονάδας Рс: P = P out + Pc.
Η συχνότητα λειτουργίας και η ταλάντευση τάσης στην είσοδο της μονάδας λήφθηκαν ως μέγιστες στους υπολογισμούς, επομένως, ελήφθη η μέγιστη δυνατή ισχύς του μετατροπέα DC/DC κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας του οδηγού.
Γνωρίζοντας την αντίσταση της περιοριστικής αντίστασης R, μπορείτε να βρείτε το ρεύμα παλμού που διαρρέει τον οδηγό: I max =D U/R.
Με βάση τα αποτελέσματα υπολογισμού, μπορείτε να επιλέξετε το βέλτιστο πρόγραμμα οδήγησης που απαιτείται για τον έλεγχο της μονάδας ισχύος.
