Εφαρμογή της ηλεκτρονικής συσκευής ισχύος IGBT

Εφαρμογή της ηλεκτρονικής συσκευής ισχύος IGBT

Είμαστε μια μεγάλη εταιρεία εκτύπωσης στο Shenzhen της Κίνας. Προσφέρουμε όλες τις εκδόσεις βιβλίων, εκτύπωση βιβλίων σε σκληρή μορφή, εκτύπωση βιβλίων, βιβλίο σκληρού δίσκου, εκτύπωση βιβλίων, εκτύπωση βιβλίου, συσκευασία συσκευασίας, ημερολόγια, παντός είδους PVC, φυλλάδια για προϊόντα, σημειώσεις, βιβλία για παιδιά, αυτοκόλλητα, τα είδη των ειδικών προϊόντων εκτύπωσης έγχρωμων χαρτιών, cardandand κ.λπ.

Για περισσότερες πληροφορίες, παρακαλώ επισκεφθείτε

http://www.joyful-printing.com. Αγγλικά μόνο

http://www.joyful-printing.net

http://www.joyful-printing.org

email: info@joyful-printing.net

Τα IGBT χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος που αντιπροσωπεύονται από μετατροπείς και διάφορα είδη τροφοδοτικών. Το IGBT συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των διπολικών τρανζίστορ ισχύος και των MOSFET ισχύος και έχει τα πλεονεκτήματα του ελέγχου τάσης, της μεγάλης αντίστασης εισόδου, της μικρής ισχύος οδήγησης, του απλού κυκλώματος ελέγχου, της μικρής απώλειας διακοπής, της ταχύτητας γρήγορης μεταγωγής και της υψηλής συχνότητας λειτουργίας.

Ωστόσο, τα IGBT, όπως και άλλα ηλεκτρονικά ισχύος, εξαρτώνται από τις συνθήκες του κυκλώματος και τα περιβάλλοντα μεταγωγής. Επομένως, το κύκλωμα οδήγησης και προστασίας του IGBT είναι η δυσκολία και η εστίαση του σχεδιασμού κυκλώματος και είναι ο βασικός κρίκος της όλης λειτουργίας της συσκευής.

1 χαρακτηριστικά λειτουργίας IGBT

Το IGBT είναι μια συσκευή ελέγχου τάσης που απαιτεί πολύ λίγο ρεύμα κίνησης και ισχύ οδήγησης και μπορεί να συνδεθεί απευθείας με ένα αναλογικό ή ψηφιακό λειτουργικό μπλοκ χωρίς κανένα πρόσθετο κύκλωμα διασύνδεσης. Η ενεργοποίηση και η απενεργοποίηση του IGBT ελέγχεται από την τάση πύλης UGE. Όταν το UGE είναι μεγαλύτερο από το UGE τάσης ενεργοποίησης (th), το IGBT είναι ενεργοποιημένο. Όταν εφαρμοστεί ένα αντίστροφο ή κανένα σήμα μεταξύ της πύλης και του πομπού, το IGBT είναι απενεργοποιημένο. Σπασμένος.

Όπως και το συνηθισμένο τρανζίστορ, το IGBT μπορεί να λειτουργήσει σε περιοχή γραμμικής ενίσχυσης, περιοχή κορεσμού και περιοχή αποκοπής και χρησιμοποιείται κυρίως ως συσκευή μεταγωγής. Στο κύκλωμα μετάδοσης κίνησης, μελετώνται κυρίως οι καταστάσεις κορεσμού του IGBT, έτσι ώστε η άνοδος στην άκρη και η πτώση που φτάνει στην άκρη να είναι απότομες.

2 απαιτήσεις κυκλώματος κίνησης IGBT

Τα ακόλουθα σημεία πρέπει να τηρούνται κατά το σχεδιασμό ενός προγράμματος οδήγησης IGBT.

1) Το μέγεθος της τάσης κίνησης της πόρτας προς τα εμπρός θα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση κυκλώματος και θα πρέπει να επιλεγεί σωστά. Όταν αυξάνεται η τάση κίνησης προς τα εμπρός, μειώνεται η αντίσταση στην αντίσταση του IGBT, έτσι ώστε να μειώνεται η απώλεια ανάφλεξης. Ωστόσο, αν η τάση μπροστινής κίνησης είναι πολύ μεγάλη, το ρεύμα βραχυκυκλώματος IC αυξάνεται με το UGE όταν βραχυκυκλώνεται το φορτίο, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει το IGBT να έχει αποτέλεσμα συγκράτησης, με αποτέλεσμα την αποτυχία της πύλης. Ως αποτέλεσμα, το IGBT είναι κατεστραμμένο. εάν η τάση κίνησης προς τα εμπρός είναι πολύ μικρή, το IGBT εξέρχεται από την περιοχή αγωγιμότητας κορεσμού και εισέρχεται στην περιοχή γραμμικής ενίσχυσης, προκαλώντας υπερθέρμανση και βλάβη του IGBT. κατά τη χρήση, προτιμάται η τάση 12V ≤ UGE ≤ 18V. Η αρνητική τάση πόλωσης της θύρας εμποδίζει το IGBT να εκτελείται εσφαλμένα λόγω υπερβολικού ρεύματος κύματος κατά τη διάρκεια του τερματισμού λειτουργίας. Γενικά, μια τάση αρνητικής τάσης επιλέγεται για να είναι 5V. Επιπλέον, το κύκλωμα οδήγησης θα πρέπει να παρέχει επαρκές πλάτος τάσης και ρεύματος μετά την ενεργοποίηση του IGBT, έτσι ώστε το IGBT να μην εξέρχεται από την περιοχή αγωγιμότητας κορεσμού και να είναι κατεστραμμένο υπό κανονικές συνθήκες εργασίας και υπερφόρτωσης.

2) Η γρήγορη ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του IGBT είναι ωφέλιμη για την αύξηση της συχνότητας λειτουργίας και τη μείωση της απώλειας διακοπής. Ωστόσο, η συχνότητα μεταγωγής του IGBT δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη σε μεγάλες επαγωγικές συνθήκες, επειδή η υψηλή ταχύτητα ενεργοποίησης και απενεργοποίησης θα έχει ως αποτέλεσμα υψηλή τάση αιχμής, πράγμα που μπορεί να προκαλέσει την αποσύνθεση του IGBT ή άλλων εξαρτημάτων.

3) Η επιλογή ενός κατάλληλου αντιστάτη σειρών πύλης RG και η χωρητικότητα πύλης CG είναι σημαντική για την οδήγηση του IGBT. Το RG είναι μικρό, η χρονική σταθερά εκφόρτισης μεταξύ εκπομπό πύλης είναι σχετικά μικρή, γεγονός που θα προκαλέσει μεγάλο ρεύμα κατά τη λειτουργία, το οποίο θα προκαλέσει βλάβη στο IGBT. Το RG είναι μεγαλύτερο, το οποίο είναι επωφελές για την καταστολή του dvce / dt, αλλά θα αυξήσει το χρόνο μεταγωγής και την αλλαγή της απώλειας του IGBT. . Η κατάλληλη CG είναι καλή για την καταστολή του dic / dt, η CG είναι πολύ μεγάλη και ο χρόνος ενεργοποίησης καθυστερεί. Εάν το CG είναι πολύ μικρό, το αποτέλεσμα της καταστολής του dic / dt δεν είναι προφανές.

4) Όταν η IGBT είναι απενεργοποιημένη, η τάση του πομπού-πομπού διαταράσσεται εύκολα από τις παρασιτικές παραμέτρους του IGBT και του κυκλώματος, προκαλώντας την τάση του πομπού-εκπομπού να προκαλέσει λανθασμένη αγωγιμότητα της συσκευής. Για να αποφευχθεί αυτό, ένας αντιστάτης μπορεί να συνδεθεί παράλληλα μεταξύ των πύλων. Επιπλέον, σε πρακτικές εφαρμογές, προκειμένου να αποφευχθούν οι αιχμές υψηλής τάσης στο κύκλωμα οδήγησης της πύλης, είναι προτιμότερο να συνδέονται δύο διόδους Zener αντίστροφης σειράς παράλληλα μεταξύ των σχάρων και η τιμή ρύθμισης της τάσης πρέπει να είναι ίδια με την θετική και την αρνητική θύρες πύλης.

3 HCPL-316J

3.1 εσωτερική δομή και αρχή λειτουργίας HCPL-316J

Εάν το IGBT έχει σήμα υπερέντασης (ο ακροδέκτης 14 ανιχνεύει την τάση στον συλλέκτη IGBT = 7V) και το σήμα οδήγησης εισόδου συνεχίζει να εφαρμόζεται στον ακροδέκτη 1, το χαμηλής τάσης σήμα είναι χαμηλό και η έξοδος Β είναι χαμηλή, - επίπεδο Darlington Ο σωλήνας είναι απενεργοποιημένος, 1 × DMOS είναι ενεργοποιημένος και η τάση μεταξύ των πυλών IGBT πέφτει αργά για να επιτευχθεί μια αργή πτώση της τάσης πύλης. Όταν το VOUT = 2V, δηλαδή το VOUT εξάγει ένα χαμηλό επίπεδο, το σημείο C γίνεται χαμηλό, το σημείο Β είναι ένα υψηλό επίπεδο, ενεργοποιείται το 50 × DMOS και η διάταξη πύλης IGBT εκφορτίζεται γρήγορα. Το σήμα στη γραμμή σφάλματος διέρχεται μέσω του οπτικού συζεύκτη και στη συνέχεια διέρχεται από το RS flip-flop και η έξοδος Q είναι υψηλή, έτσι ώστε ο οπτικός συζεύκτης εισόδου να είναι μπλοκαρισμένος. Με τον ίδιο τρόπο, είναι δυνατή η ανάλυση της κατάστασης μόνο της υπο-τάσης και της κατάστασης υποτάξεως και υπερέντασης.

3.2 Σχεδιασμός κυκλώματος κίνησης

Τα VIN +, FAULT και RESET στην αριστερή πλευρά του HCPL-316J είναι συνδεδεμένα στον μικροϋπολογιστή αντίστοιχα. Τα R7, R8, R9, D5, D6 και C12 παρέχουν προστασία εισόδου για να αποτρέψουν την υπερβολική τάση εισόδου από την καταστροφή του IGBT, αλλά το κύκλωμα προστασίας θα προκαλέσει καθυστέρηση περίπου 1μs, η οποία δεν είναι κατάλληλη για χρήση όταν η συχνότητα μεταγωγής υπερβαίνει τα 100kHz. Το Q3 είναι η πιο σημαντική λειτουργία αλληλοσύνδεσης. Όταν τα δύο σήματα PWM (ο ίδιος βραχίονας γέφυρας) είναι υψηλά, ενεργοποιείται το Q3, τραβώντας το επίπεδο εισόδου χαμηλά, έτσι ώστε η έξοδος να είναι επίσης χαμηλή. Τα ενδιάμεσα σήματα Interlock και Interlock2 στο σχήμα 3 συνδέονται με ένα άλλο 316J Interlock2 και Interlock1, αντίστοιχα. Τα R1 και C2 παίζουν ρόλο στην ενίσχυση και το φιλτράρισμα του σήματος βλάβης. Όταν υπάρχει ένα σήμα παρεμβολής, ο μικροϋπολογιστής μπορεί να δεχτεί σωστά τις πληροφορίες.

Στην έξοδο, τα R5 και C7 σχετίζονται με την ταχύτητα με την οποία ενεργοποιείται το IGBT και την απώλεια μεταγωγής. Η αύξηση του C7 μπορεί να μειώσει σημαντικά το dic / dt. Κατ 'αρχάς υπολογίστε την αντίσταση πύλης: όπου ION είναι το ρεύμα πύλης που εισάγεται στο IGBT όταν είναι ενεργοποιημένο. Για να ενεργοποιηθεί γρήγορα το IGBT, η τιμή IONMAX είναι 20Α. Χαμηλή στάθμη εξόδου VOL = 2v.

Το C3 είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος, η πιο σημαντική είναι η καθυστέρηση χρέωσης. Όταν το σύστημα ξεκινήσει και το τσιπ αρχίσει να λειτουργεί, καθώς η τάση στον ακροδέκτη συλλέκτη C του IGBT εξακολουθεί να είναι πολύ μεγαλύτερη από 7V, αν δεν υπάρχει C3, το σήμα σφάλματος βραχυκυκλώματος θα εκδοθεί λανθασμένα και η έξοδος θα απενεργοποιηθούν άμεσα. Όταν το τσιπ λειτουργεί κανονικά, αν η τάση του συλλέκτη αυξάνεται στιγμιαία, θα επιστρέψει αμέσως στο φυσιολογικό. Εάν δεν υπάρχει C3, θα εκδοθεί σήμα σφάλματος για να απενεργοποιηθεί κατά λάθος το IGBT. Ωστόσο, εάν η τιμή του C3 είναι πολύ μεγάλη, η απόκριση του συστήματος θα είναι αργή και στην περίπτωση του κορεσμού, το IGBT μπορεί να καεί εντός του χρόνου καθυστέρησης και δεν επιτυγχάνεται το σωστό αποτέλεσμα προστασίας. Η τιμή του C3 είναι 100pF, και η καθυστέρηση είναι η ώρα

Στο κύκλωμα ανίχνευσης συλλέκτη, δύο δίοδοι συνδέονται εν σειρά, γεγονός που μπορεί να βελτιώσει τη συνολική τάση αντίστροφης αντοχής, αυξάνοντας έτσι την τάση οδήγησης, αλλά ο αντίστροφος χρόνος ανάκτησης της διόδου είναι μικρός και κάθε αντίσταση αντέχει σε τάση 1000V. Γενικά, επιλέγεται το BYV261E και ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης είναι 75 ns. Ο ρόλος των R4 και C5 είναι να διατηρηθούν τα χαρακτηριστικά μαλακής απενεργοποίησης του HCLP-316J μετά από σήμα υπερέντασης. Η αρχή είναι ότι το C5 επιτυγχάνει μια μαλακή απενεργοποίηση μέσω της εκφόρτισης του εσωτερικού MOSFET. Στο Σχήμα 3, η τάση εξόδου VOUT περνάει μέσα από δύο εξόδους push-pull γρήγορου τριόδου, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν το ρεύμα μέχρι 20Α και μπορούν να οδηγήσουν γρήγορα τα IGBTs των 1700V, 200-300A.

3.3 σχεδιασμός παροχής ισχύος κίνησης

Στο σχεδιασμό του οδηγού, μια σταθερή παροχή ηλεκτρικού ρεύματος αποτελεί εγγύηση για τη σωστή λειτουργία του IGBT. Η τροφοδοσία ρεύματος υιοθετεί μετατροπή προς τα εμπρός, ισχυρή ικανότητα παρεμβολής, δεν υπάρχει επαγωγέας φίλτρου στη δευτερεύουσα πλευρά και χαμηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, έτσι ώστε η τάση εξόδου της τροφοδοσίας να παραμένει σταθερή υπό συνθήκες βαρύ φορτίου.

Όταν το s είναι ενεργοποιημένο, εφαρμόζεται τάση + 12v (για μια σχετικά σταθερή τροφοδοσία, υψηλή ακρίβεια) στην πρωτεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή και η περιέλιξη συνδέεται στο S και η δευτερεύουσα πλευρά διορθώνεται μέσω ενεργειακής σύζευξης. Όταν το S είναι απενεργοποιημένο, η ενέργεια του πυρήνα τροφοδοτείται πίσω στην παροχή ρεύματος μέσω της κύριας διόδου και της συνδεδεμένης περιέλιξης για την επίτευξη επαναφοράς του πυρήνα του μετασχηματιστή. Ο χρονοδιακόπτης 555 είναι συνδεδεμένος σε έναν πολυβιβαστή. Το δυναμικό του ποδιού 2 και του ποδιού 6 μεταβάλλεται μεταξύ 4 και 8 ν με φόρτιση και εκφόρτιση C1, έτσι ώστε το πόδι 3 να εκπέμπει ένα σήμα τετραγωνικού κύματος τάσης και το σήμα τετραγωνικού κύματος χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ανοίγματος του S. Και κλείνοντας. + 12v φορτίζει C1 έως R1 και D2, ο χρόνος φόρτισης του είναι t1≈R1C2ln2. χρόνος εκφόρτισης t2 = R2C1ln2, εκπέμπει υψηλό επίπεδο κατά τη φόρτιση και εξάγει χαμηλό επίπεδο όταν εκφορτώνεται. Ως εκ τούτου, ο λόγος καθήκοντος = t1 / (t1 + t2).

Ο μετασχηματιστής σχεδιάζεται σύμφωνα με τις ακόλουθες παραμέτρους: η αρχική πλευρά συνδέεται με + 12v, η συχνότητα είναι 60kHz και η ενεργός ένταση μαγνητικής επαγωγής Bw είναι O. 15T, δευτερεύουσα πλευρά + 15v έξοδος 2A, -5v έξοδος 1 A, αποδοτικότητα n = 80%, ο συντελεστής πληρώσεως παραθύρου Km είναι 0. 5. Ο συντελεστής πλήρωσης πυρήνα Kc είναι 1 και η πυκνότητα ρεύματος σύρματος πηνίου d είναι 3 Α / mm2. Ισχύς εξόδου

PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64W.

Δεδομένου ότι η τάση εξόδου της ισχύος μετάδοσης κίνησης θα μειωθεί μετά τη φόρτωση, εξετάστε την αύξηση της συχνότητας και του κύκλου λειτουργίας για να σταθεροποιήσετε την τάση εξόδου σε πρακτικές εφαρμογές.

4. Συμπέρασμα

Αυτό το χαρτί σχεδιάζει ένα κύκλωμα οδήγησης που μπορεί να οδηγήσει 1400V, 200 ~ 300A IGBT. Η αλληλοσύνδεση των δύο IGBT (του ίδιου βραχίονα γέφυρας) πραγματοποιείται στο υλικό και έχει σχεδιαστεί μια πηγή ισχύος που μπορεί να τροφοδοτεί άμεσα τις δύο IGBTs.

Το HCPL-316J μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: είσοδος IC (αριστερά) και έξοδος IC (δεξιά). Η είσοδος και η έξοδος μπορούν να ικανοποιήσουν πλήρως τις απαιτήσεις της μονάδας IGBT υψηλής τάσης και υψηλής ισχύος.

Η λειτουργία κάθε πείρου έχει ως εξής:

Έξοδος εισόδου σήματος ακροδεκτών 1 (VIN +).

Είσοδος ανάστροφου σήματος ακροδεκτών 2 (VIN-)

Η ακίδα 3 (VCG1) συνδέεται στην τροφοδοσία ρεύματος.

Το έδαφος της εισόδου του πείρου 4 (GND)?

Πίσω 5 (RESERT) είσοδος επαναφοράς τσιπ?

Εάν παρουσιαστεί βλάβη (έξοδος τάσης προς τα εμπρός ή βραχυκύκλωμα IGBT), το σήμα σφάλματος εξέρχεται μέσω του οπτικού συζεύκτη.

Πείρος δοκιμής με οπή σύνδεσης 7 ακροδεκτών (VLED1 +), ανάρτηση.

Η ακίδα 8 (VLED1-) είναι γειωμένη.

Η ακίδα 9, το πόδι 10 (VEE) παρέχει τάση αντίστροφης προκατάληψης στο IGBT.

Η ακίδα 11 (VOUT) εξάγει ένα σήμα οδήγησης για την κίνηση του IGBT.

Ποδός 12 (VC) τριών σταδίων τροφοδοσίας συλλέκτη σωλήνα Darlington?

Η ακίδα 13 (VCC2) οδηγεί την πηγή τάσης.

Έλεγχος ρεύματος βραχυκυκλώματος 14 (DESAT) IGBT;

Pin pin 15 (VLED2 +), ανάρτηση?

Το Foot 16 (VE) εξάγει μια επιφάνεια αναφοράς.

Εάν ο VIN + είναι κανονικά εισερχόμενος, ο ακροδέκτης 14 δεν έχει σήμα υπερφόρτωσης και το VCC2-VE = 12v σημαίνει ότι η τάση μετάδοσης κίνησης προς τα εμπρός είναι κανονική, το σήμα οδήγησης εξέρχεται υψηλό επίπεδο και το σήμα σφάλματος και το χαμηλής στάθμης σήμα εξόδου. Πρώτον, τα τρία σήματα εισάγονται στο JP3, το D είναι χαμηλό, το Β είναι χαμηλό και το 50 × DMOS είναι απενεργοποιημένο. Αυτή τη στιγμή, οι τέσσερις καταστάσεις της εισόδου του JP1 είναι χαμηλές, υψηλές, χαμηλές και χαμηλές από πάνω προς τα κάτω και το υψηλό σημείο του σημείου Α οδηγεί το σωληνάριο Darlington τριών σταδίων να ενεργοποιηθεί και το IGBT είναι επίσης άναψε.