יישום של IGBT כוח אלקטרוניים המכשיר
אנחנו חברת הדפסה גדולה שנזן בסין. אנו מציעים את כל פרסומי הספר, הדפסת ספרים בכריכה קשה, הדפסת נייר בכריכה קשה, מחברת של כריכה קשה, הדפסת ספרי ספר, אוכף, הדפסת חוברות, הדפסת חוברת, תיבת אריזה, לוחות שנה, כל מיני PVC, חוברות מוצרים, הערות, ספר ילדים, מדבקות סוגים של נייר מיוחד נייר הדפסת מוצרים, cardand משחק הלאה.
לקבלת מידע נוסף, בקר בכתובת
http://www.joyful-printing.com. ENG בלבד
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
דוא"ל: info@joyful-printing.net
IGBTs נמצאים בשימוש נרחב מכשירי חשמל אלקטרוניים המיוצגים על ידי ממירים וסוגים שונים של ספקי כוח. IGBT משלבת את היתרונות של טרנזיסטורים דו קוטביים כוח ו MOSFETs כוח, ויש לו את היתרונות של בקרת מתח, עכבה קלט גדול, כוח נסיעה קטן, מעגל בקרה פשוטה, הפסד מיתוג קטן, מהירות מיתוג מהיר תדירות הפעלה גבוהה.
עם זאת, IGBTs, כמו אלקטרוניקה אחרים כוח, תלויים בתנאי מעגל סביבות מיתוג. לכן, מעגל הנהיגה וההגנה של IGBT הוא הקושי והמוקד של עיצוב המעגלים, והוא מהווה את הקישור העיקרי של פעולת המכשיר כולו.
1 מאפייני הפעלה IGBT
IGBT הוא מכשיר בקרת מתח מסוג הדורש מעט מאוד כוח כונן הנוכחי ואת הכוח יכול להיות מחובר ישירות אנלוגי או לחסום פונקציה דיגיטלית ללא כל מעגל ממשק נוסף. הפנייה והפעלה של IGBT נשלטת על ידי מתח שער UGE. כאשר UGE הוא גדול יותר מאשר להפעיל את מתח UGE (ה), IGBT מופעלת. כאשר אות הפוכה או לא מוחל בין השער לבין הפולט, ה- IGBT כבוי. שבור.
כמו טרנזיסטור רגיל, IGBT יכול לעבוד באזור הגברה ליניארית, אזור רוויה באזור לחתוך, והוא משמש בעיקר כמכשיר מיתוג. במעגל הכונן, הרוויה לסירוגין ומצבים של IGBT נלמדים בעיקר, כך שהפניה המסתובבת כלפי מעלה והפניה היורדת תלולה.
2 IGBT דרישות מעגל כונן
את הנקודות הבאות יש לשים לב בעת עיצוב הנהג IGBT.
1) את גודל המתח הקדמי של שער היציאה תהיה השפעה חשובה על ביצועי המעגל חייב להיות נבחר כראוי. כאשר מתח הכונן הקדמי עולה, ההתנגדות המתמשכת של IGBT מצטמצמת, כך שהפגיעה בהפעלה מופחתת. עם זאת, אם מתח הכונן הקדמי גדול מדי, המעגל הנוכחי של המעגל הקצר עולה עם ה - UGE כאשר העומס קצר, דבר שעלול לגרום ל - IGBT להיות בעל אפקט החזקה, וכתוצאה מכך לכשל בשער. כתוצאה מכך, IGBT פגום; אם מתח הנעה קדימה הוא קטן מדי, IGBT יוצא אזור הולכה הרוויה ונכנס לאזור הגברה ליניארית, גורם IGBT להתחמם יתר על המידה ואת הנזק; בשימוש, 12V ≤ UGE ≤ 18V הוא העדיף. מתח הטיה שלילי של השער מונע את IGBT מלהיות מנוהל כראוי בשל זרם גל מוגזמת במהלך כיבוי. בדרך כלל, מתח הטיה שלילי נבחר להיות 5V. בנוסף, מעגל הנהיגה צריך לספק מתח מספיק משרעת הנוכחית לאחר IGBT מופעל, כך IGBT אינו יוצא אזור הולכה הרוויה פגום בתנאי עבודה ועומס נורמלי.
2) מהיר להדליק ולכבות את IGBT הוא מועיל להגדיל את תדירות ההפעלה ולהפחית את אובדן מיתוג. עם זאת, תדר המיתוג של IGBT לא צריך להיות גדול מדי מתחת לעומסים אינדוקטיביים גדולים, מכיוון שהמהירות וההדלקה המהירה יגרמו למתח שיא גבוה, דבר שעלול לגרום לשבירת IGBT או רכיבים אחרים.
3) בחירת מתאים סדרת שער מתאים RG וקיבול השער CG חשוב לנהיגה IGBT. RG הוא קטן, הזמן פריקה תשלום קבוע בין emitters השער הוא קטן יחסית, אשר יגרום זרם גדול ב-הפעל, אשר יפגע IGBT; RG הוא גדול יותר, אשר מועיל לדכא dvce / dt, אבל יגדיל את זמן המעבר ואת אובדן מיתוג של IGBT. . מתאים CG טוב דיכוי dic / dt, CG גדול מדי, ועל הזמן מתעכב. אם CG הוא קטן מדי, ההשפעה של דיכוי dic / dt אינו ברור.
4) כאשר IGBT כבוי, מתח emitter השער הוא הפרעה בקלות על ידי הפרמטרים הטפיליים של IGBT ואת המעגל, מה שגרם מתח emitter השער לגרום המכשיר להיות מוליך לא נכון. כדי למנוע זאת, ניתן לחבר בין הנגד במקביל בין השערים. בנוסף, ביישומים מעשיים, על מנת למנוע קוצים במתח גבוה במעגל הנהיגה בשער, עדיף לחבר שתי דיודות זנר בסדרה הפוכה במקביל בין הסורג, וערך הרגולציה של המתח צריך להיות זהה לזו החיובית והשלילית מתחי שער.
3 מעגל כונן HCPL-316J
3.1 HCPL-316J מבנה פנימי ועקרון העבודה
אם IGBT יש אות זרם (סיכה 14 מזהה את המתח על גבי IGBT אספן = 7V), ואת אות כונן קלט ממשיך להיות מוחל על סיכה 1, את האות undervoltage נמוך, פלט B נמוך, השלישי -lele דרלינגטון הצינור כבוי, 1 × DMOS מופעל, והמתח בין שערי IGBT יורד לאט כדי להגיע למתח שער איטי. כאשר VOUT = 2V, כלומר, יציאות VOUT ברמה נמוכה, נקודת C הופכת לרמה נמוכה, נקודה B היא רמה גבוהה, 50 × DMOS מופעל, ומערך שער IGBT משוחרר במהירות. האות על קו השבר עובר דרך optocoupler, ולאחר מכן עובר דרך flip- flop fl, ואת הפלט ש 'הוא גבוה, כך optocoupler קלט חסום. באותו אופן, ניתן לנתח את המצב של undervoltage בלבד ואת המצב של undervoltage וזרם.
3.2 עיצוב מעגלים
ה- VIN +, FAULT ו- RESET בצד שמאל של HCPL-316J מחוברים למיקרו-מחשב בהתאמה. R7, R8, R9, D5, D6 ו- C12 מספקים הגנה להגנה על מנת למנוע מתח כניסה מוגזם מפני פגיעה ב- IGBT, אך מעגל ההגנה יפיק עיכוב של כ- 1μs, שאינו מתאים לשימוש כאשר תדר המיתוג עולה על 100kHz. Q3 היא הפונקציה המשולבת החשובה ביותר. כאשר שני אותות PWM (זרוע הגשר זהה) הם ברמה גבוהה, Q3 מופעל, מושך את רמת הקלט נמוכה, כך שגם הפלט נמוך. משתלבים האותות Interlock, ו- Interlock2 באיור 3 מחוברים אחרת 316J Interlock2 ו Interlock1, בהתאמה. R1 ו- C2 ממלאים תפקיד בהגדלה וסינון של אות השבר. כאשר יש אות התערבות, המיקרו-מחשב יכול לקבל את המידע בצורה נכונה.
בפלט, R5 ו- C7 קשורים למהירות שבה מופעל IGBT ואובדן המעבר. הגדלת C7 יכול להפחית באופן משמעותי dic / dt. ראשית לחשב את ההתנגדות השער: איפה ION הוא שער הנוכחי מוזרק לתוך IGBT כאשר מופעלת. כדי להפוך את IGBT להפעיל במהירות, הערך IONMAX הוא 20A. יציאה רמה נמוכה VOL = 2v.
C3 הוא פרמטר חשוב מאוד, החשוב ביותר הוא עיכוב הטעינה. כשהמערכת מתחילה והשבב מתחיל לעבוד, מכיוון שהמתח במסוף האספן C של IGBT עדיין גדול בהרבה מ -7 וולט, אם אין C3, אות השבר הקצר יונפק בטעות, והפלט יכבה ישירות. כאשר השבב עובד באופן תקין, אם מתח אספן עולה מיד, זה יחזור למצב נורמלי מיד. אם אין C3, יונפק אות שגיאה כדי להפוך את IGBT בטעות. עם זאת, אם הערך של C3 גדול מדי, תגובת המערכת תהיה איטית, ובמקרה של הרוויה, ניתן לשרוף את IGBT בתוך זמן העיכוב, ואת ההשפעה הגנה נכונה לא מתקבל. הערך של C3 הוא 100pF, ואת העיכוב הוא הזמן
במעגל זיהוי האספנים, מחוברות שתי דיודות בסדרה, אשר יכולות לשפר את ההספק הכולל של ההתנגדות הפוכה, ובכך להגביר את רמת המתח המניע, אך זמן ההחלמה ההפוכה של הדיודה הוא קטן, וכל רמה לעמוד ברמות המתח עומדת על 1000V. בדרך כלל, BYV261E נבחר, וזמן ההחלמה הוא 75 ns. תפקידם של R4 ו- C5 הוא לשמור על המאפיינים של כיבוי רך של HCLP-316J לאחר אות זרם. העיקרון הוא כי C5 משיגה רך- off off פריקה של MOSFET פנימי. בתרשים 3, מתח היציאה VOUT עובר דרך שתי יציאות דחיפה מהירות של טריודה, אשר יכולות להסיע את הזרם עד 20A, והוא יכול במהירות לנהוג 1700v, 200-300A IGBTs.
3.3 כונן אספקת החשמל
בתכנון הכונן, ספק כוח יציב הוא ערובה עבור IGBT לעבוד כראוי. אספקת החשמל מאמצת המרה קדימה, יכולת חזקה נגד הפרעה, לא מסנן מסנן בצד המשני, ועכבת קלט נמוכה, כך שמתח המוצא של ספק הכוח עדיין יציב בתנאי עומס כבדים.
כאשר זה מופעל, 12v (עבור ספק כוח יציב יחסית, דיוק גבוה) מתח מוחל על הצד הראשי של השנאי ואת מתפתל מחובר S, ואת הצד המשני הוא מתוקן באמצעות צימוד האנרגיה. כאשר S כבוי, האנרגיה של הליבה מוזנת בחזרה אל אספקת החשמל דרך הדיודה הראשית והסלילה המחוברת שלה כדי להגיע לאיפוס של ליבת השנאי. הטיימר 555 מחובר למולטיברטור. הפוטנציאל של כף הרגל 2 והרגליים 6 משתנה בין 4 ל -8 V על ידי טעינה ופריקה של C1, כך שהכף 3 יציאות אות גל מרובע מתח, והאות גל מרובע משמש לשליטה על פתיחת הס. וסגירה. + 12V חיובי C1 דרך R1 ו- D2, זמן הטעינה שלה הוא t1≈R1C2ln2; פריקה שעה T2 = R2C1ln2, זה יציאות ברמה גבוהה בעת הטעינה, יציאות ברמה נמוכה בעת פריקה. לכן, יחס החובה = t1 / (t1 + t2).
השנאי מתוכנן על פי הפרמטרים הבאים: הצד המקורי מחובר ל 12v, התדר הוא 60 קילו-הרץ, ועוצמת האינדוקציה המגנטית Bw היא O. 15T, צד משני + פלט 15V 2A, פלט -5V 1 A, יעילות n = 80%, גורם מילוי החלון Km הוא O. 5. גורם מילוי הליבה Kc הוא 1, וצפיפות חוט הסליל הנוכחית היא 3 A / mm2. פלט כוח
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64W.
מאחר שמתח המוצא של ספק הכוח המניע יקטן לאחר הטעינה, שקול להגדיל את מחזור התדירות והמחזור כדי לייצב את מתח המוצא ביישומים מעשיים.
4. מסקנה
מאמר זה מעצב מעגל נהיגה שיכול לנסוע 1400V, 200 ~ 300A IGBT. שילוב של שני IGBTs (אותה זרוע הגשר) מתממש על החומרה, ומקור כוח נסיעה המסוגל לספק ישירות כוח לשני IGBTs מתוכנן.
HCPL-316J ניתן לחלק לשני חלקים: IC קלט (משמאל) ו- IC פלט (מימין). קלט פלט יכול לענות על הדרישות של מתח גבוה IGBT כוח גבוה.
הפונקציה של כל סיכה היא כדלקמן:
פין 1 (VIN +) קלט אות קדימה;
פין 2 (VIN-) קלט האות הפוכה;
פין 3 (VCG1) מחובר אספקת החשמל קלט;
הקרקע של הקלט של סיכה 4 (GND);
רגל 5 (RESERT) שבב לאפס קלט;
(Fault) תקלה, כאשר מתקיימת תקלה (מתח יציאה מתח קדימה או מתח קצר IGBT), אות השבר יוצא דרך האופטו -
פין 7 (VLED1 +) optocoupler מבחן סיכה, השעיה;
פין 8 (VLED1-) מקורקע;
פין 9, רגל 10 (VEE) מספק מתח הטיה הפוכה ל- IGBT;
פין 11 (VOUT) יציאת אות כונן לכונן IGBT;
רגל 12 (VC) שלושה שלבים שלב דרלינגטון אספן אספקת החשמל;
פין 13 (VCC2) כוננים את מקור המתח;
פין 14 (DESAT) IGBT במעגל הנוכחי גילוי;
Pin 15 (VLED2 +) optocoupler מבחן סיכה, השעיה;
רגל 16 (VE) פלט הקרקע התייחסות.
אם VIN + הוא בדרך כלל קלט, סיכה 14 אין אות זרם, VCC2-VE = 12v אומר כי מתח הפלט קדימה פלט הוא נורמלי, יציאות אות הכונן רמה גבוהה, ואת האות תקלה פלט undervoltage פלט ברמה נמוכה. ראשית, שלושת האותות הם קלט ל- JP3, D נמוך, B נמוך, 50 × DMOS כבוי. בשלב זה, ארבעת מצבי הקלט של JP1 הם נמוכים, גבוהים, נמוכים, ונמוכים מלמעלה למטה, ונקודה גבוהה של נקודת A מניע את צינור שלוש דארלינגטון להיות מופעלת, ואת IGBT הוא גם נדלק.