Az IGBT teljesítmény elektronikus eszköz alkalmazása
Mi egy nagy nyomtatási cég Shenzhen Kína. Minden könyv kiadványt, keménykötésű könyvnyomtatást, papercover nyomtatást, keménykötésű jegyzetfüzetet, sprial könyvnyomtatást, nyerges könyvnyomtatást, füzetnyomtatást, csomagoló dobozot, naptárakat, mindenféle PVC-t, termékismertetőt, jegyzetet, gyermekkönyvet, matricát, minden különféle speciális papír színnyomó termékek, játékkártyák és így tovább.
További információkért látogasson el a webhelyre
http://www.joyful-printing.com. Csak ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
e-mail: info@joyful-printing.net
Az IGBT-k széles körben használatosak az inverterek és a különböző típusú tápegységek által képviselt teljesítményelektronikus eszközökben. Az IGBT ötvözi a bipoláris teljesítmény tranzisztorok és a teljesítmény MOSFET előnyeit, és rendelkezik a feszültségvezérlés, a nagy bemeneti impedancia, a kis hajtóerő, az egyszerű vezérlőáramkör, a kis kapcsolási veszteség, a gyors kapcsolási sebesség és a magas működési frekvencia előnyeivel.
Azonban az IGBT-k, mint más teljesítményelektronika, az áramkör körülményeitől és a kapcsolási környezettől függenek. Ezért az IGBT vezetési és védelmi áramköre az áramkör tervezésének nehézsége és fókuszpontja, és ez az egész eszköz működésének kulcskapcsolata.
1 IGBT működési jellemzői
Az IGBT egy olyan feszültség-vezérlő eszköz, amely nagyon kevés meghajtóáramot és hajtóerőt igényel, és közvetlenül csatlakoztatható egy analóg vagy digitális funkcióblokkhoz további interfész áramkör nélkül. Az IGBT bekapcsolását és kikapcsolását az UGE kapufeszültség szabályozza. Ha az UGE nagyobb, mint az UGE (th) bekapcsolási feszültség, az IGBT be van kapcsolva. Ha a kapu és az emitter között fordított vagy nincs jel, akkor az IGBT ki van kapcsolva. Törött.
A hagyományos tranzisztorhoz hasonlóan az IGBT lineáris amplifikációs régióban, telítettségi régióban és levágási régióban is működhet, és főként kapcsolóeszközként használható. A meghajtó áramkörben az IGBT telítési és kikapcsolási állapotát főként tanulmányozzák, úgyhogy a be- és kikapcsoló élek meredekek.
2 IGBT meghajtó áramkör követelménye
Az IGBT illesztőprogram tervezésekor a következő pontokat kell figyelembe venni.
1) A kapu előre hajtott feszültség nagysága jelentős hatással lesz az áramkör teljesítményére, és helyesen kell választani. Amikor az előremenő feszültség növekszik, az IGBT ellenállása csökken, így a bekapcsolási veszteség csökken. Azonban, ha az előremenő feszültség túl nagy, a rövidzárlati áram IC-val növekszik, amikor a terhelés rövidzárlat keletkezik, ami az IGBT tartási hatását eredményezheti, ami kapu meghibásodáshoz vezet. Ennek eredményeként az IGBT sérült; ha az előremeneti feszültség túl kicsi, az IGBT kilép a telítettségvezető területről, és belép a lineáris amplifikációs régióba, ami az IGBT túlmelegedéséhez és károsodásához vezet; a használat során előnyös a 12V
2) Az IGBT gyors bekapcsolása és kikapcsolása előnyös a működési frekvencia növelésére és a kapcsolási veszteség csökkentésére. Az IGBT kapcsolási frekvenciája azonban nem lehet túl nagy a nagy induktív terheléseknél, mivel a nagysebességű bekapcsolás és kikapcsolás magas csúcsfeszültséget eredményez, ami az IGBT-t vagy más összetevőket lebonthatja.
3) Az RGB és a kapu kapacitás megfelelő CG sorozatú ellenállás kiválasztása fontos az IGBT vezetéséhez. Az RG kicsi, a kapu-kibocsátók közötti töltés-kisülési időállomány viszonylag kicsi, ami nagy áramot okoz a bekapcsoláskor, ami károsítja az IGBT-t; Az RG nagyobb, ami előnyös a dvce / dt elnyomására, de növeli az IGBT kapcsolási idejét és veszteségét. . A megfelelő CG jó a dic / dt elnyomására, a CG túl nagy, és a bekapcsolási idő késik. Ha a CG túl kicsi, a dic / dt elnyomása nem nyilvánvaló.
4) Az IGBT kikapcsolásakor a kapu emitter feszültséget könnyen megzavarja az IGBT és az áramkör parazita paraméterei, ami a kapu emitter feszültséget okozza, hogy a készülék hibásan vezető legyen. Ennek megakadályozása érdekében az ellenállás párhuzamosan csatlakoztatható a kapuk között. Ezenkívül gyakorlati alkalmazásokban a kapu-hajtó áramkörben a nagyfeszültségű tüskék megakadályozása érdekében célszerű két, a rácsok közötti párhuzamos Zener diódát csatlakoztatni, és a feszültségszabályozási értéknek meg kell egyeznie a pozitív és negatív értékekkel. kapu feszültségek.
3 HCPL-316J meghajtó áramkör
3.1 HCPL-316J belső szerkezete és működési elve
Ha az IGBT-nek túláramjel van (a 14 tű észleli az IGBT-kollektor feszültségét = 7V), és a bemeneti meghajtó jel továbbra is az 1-es érintkezőre kerül, az alulfeszültség jel alacsony, a B kimenet pedig alacsony, a harmadik kimenet alacsony, a harmadik kimenet alacsony, a harmadik -szint Darlington A cső ki van kapcsolva, 1 × DMOS be van kapcsolva, és az IGBT kapuk közötti feszültség lassan csökken, hogy lassú esésű kapu feszültséget érjen el. Amikor a VOUT = 2V, azaz a VOUT kimenet alacsony szintet eredményez, a C pont alacsony szintre vált, a B pont magas, 50 × DMOS be van kapcsolva, és az IGBT kapu tömb gyorsan lemerül. A hibavonalon lévő jel áthalad az optocsatolón, majd áthalad az RS flip-flopon, és a Q kimenet magas, így a bemeneti optocsatoló blokkolva van. Hasonlóképpen lehetséges az alulfeszültség és a túlfeszültség és a túláram helyzetének elemzése is.
3.2 meghajtó áramkör kialakítása
A HCPL-316J bal oldalán található VIN +, FAULT és RESET csatlakozik a mikrokomputerhez. Az R7, R8, R9, D5, D6 és C12 bemeneti védelmet biztosít a túlzott bemeneti feszültség megakadályozására az IGBT károsodásához, de a védelmi áramkör körülbelül 1μs késleltetést generál, ami nem alkalmas a 100 kHz-nél nagyobb kapcsolási frekvencia használatára. A Q3 a legfontosabb blokkoló funkció. Ha mindkét PWM jel (azonos híd kar) magas, akkor Q3 bekapcsol, és a bemeneti szintet alacsonyra húzza, így a kimenet is alacsony. A 3. ábrán látható Interlock és Interlock2 interlock-jelek egy másik 316J Interlock2 és Interlock1-hez vannak csatlakoztatva. R1 és C2 szerepet játszanak a hibajel erősítésében és szűrésében. Ha van egy interferencia jel, a mikrokomputer helyesen tudja elfogadni az információt.
A kimenetnél az R5 és a C7 az IGBT bekapcsolásának sebességéhez és a kapcsolási veszteséghez kapcsolódik. A C7 növelése jelentősen csökkentheti a dic / dt értéket. Először számítsuk ki a kapuellenállást: ahol az ION az az IGBT-be befecskendezett kapuáram, amikor be van kapcsolva. Annak érdekében, hogy az IGBT gyorsan bekapcsoljon, az IONMAX érték 20A. Kimeneti alacsony szint VOL = 2v.
A C3 nagyon fontos paraméter, a legfontosabb a töltési késleltetés. Amikor a rendszer elindul, és a chip elkezd működni, mivel az IGBT C-termináljának feszültsége még mindig jóval nagyobb, mint 7V, ha nincs C3, akkor a rövidzár-hiba jel hibásan kerül kiadásra, és a kimenet közvetlenül kikapcsol. Amikor a chip normálisan működik, ha a kollektor feszültsége azonnal emelkedik, azonnal visszatér a normál értékre. Ha nincs C3, hibaüzenet kerül kiadásra, hogy az IGBT hibásan kikapcsoljon. Ha azonban a C3 értéke túl nagy, a rendszer válasz lassú lesz, és telítettség esetén az IGBT kiéghet a késleltetési időn belül, és a megfelelő védelmi hatás nem érhető el. A C3 értéke 100pF, és a késleltetés idő
A kollektorérzékelő áramkörben két dióda van egymáshoz csatlakoztatva, ami javíthatja a teljes fordított ellenállási feszültséget, ezáltal növelve a vezetési feszültségszintet, de a dióda fordított helyreállítási ideje kicsi, és minden fordított ellenállás feszültségszint 1000V. Általában a BYV261E van kiválasztva, és a fordított helyreállítási idő 75 ns. Az R4 és a C5 szerepe a HCLP-316J lágy leállítási jellemzőinek megőrzése egy túláramjel után. Az alapelv az, hogy a C5 a belső MOSFET kisülése révén lágy kikapcsolást ér el. A 3. ábrán a VOUT kimeneti feszültség két gyors trióda-húzó kimeneten halad át, amelyek 20A-ig képesek áramot vezetni, és gyorsan képesek 1700v, 200-300A IGBT-k meghajtására.
3.3 meghajtó tápegység tervezése
A hajtás kialakításában a stabil tápegység garantálja, hogy az IGBT megfelelően működjön. A tápegység előrejelző átalakítást, erős anti-interferencia képességet, szekunder induktivitást és alacsony bemeneti impedanciát alkalmaz, így a tápegység kimeneti feszültsége még nehéz terhelés esetén is stabil.
Amikor a s be van kapcsolva, a 12v (viszonylag stabil áramellátás, nagy pontosságú) feszültséget a transzformátor elsődleges oldalára és az S-hez csatlakoztatott tekercsre alkalmazzuk, és a másodlagos oldalt energiacsatlakozással korrigáljuk. Ha S kikapcsol, a mag energiája a primer diódán és a csatlakoztatott tekercsen keresztül visszavezetésre kerül a tápegységre a transzformátor magának visszaállításához. Az 555 időzítő multivibrátorhoz van csatlakoztatva. A 2 láb és a 6 talp potenciálját 4 és 8 v között változtatjuk a C1 töltéssel és kisütéssel, úgyhogy a 3 lábfej feszültség négyzethullámot ad ki, és a négyzethullámú jelet az S. És leállt. + 12v töltés C1-ről R1-re és D2-re, töltési ideje t1≈R1C2ln2; t2 töltési idő = R2C1ln2, a töltéskor magas szintet ad ki, és a kisüléskor alacsony szintet ad. Ezért a vámarány = t1 / (t1 + t2).
A transzformátort a következő paraméterek szerint tervezték: az eredeti oldal + 12v-hez van csatlakoztatva, a frekvencia 60kHz, a mágneses indukciós intenzitás Bw O. 15T, másodlagos + 15v kimenet 2A, -5v kimenet 1 A, hatékonyság 1 n = 80%, az ablakfeltöltési tényező Km értéke O. 5. A Kc magtöltési tényező 1, és a tekercshuzaláram sűrűsége d 3 A / mm2. Kimeneti teljesítmény
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64W.
Mivel a meghajtó tápegység kimeneti feszültsége a betöltés után csökken, fontolja meg a frekvencia és a működési ciklus növelését a kimeneti feszültség stabilizálására a gyakorlati alkalmazásokban.
4 Következtetés
Ez a dokumentum egy olyan áramkört tervez, amely 1400V, 200 ~ 300A IGBT-t képes vezetni. A két IGBT (azonos hídkar) összekapcsolása a hardveren történik, és a két IGBT közvetlen áramellátását biztosító hajtóerőforrás van kialakítva.
A HCPL-316J két részre osztható: IC bemenet (balra) és kimeneti IC (jobbra). A bemenet és a kimenet teljes mértékben megfelel a nagyfeszültségű és nagy teljesítményű IGBT meghajtó követelményeinek.
Az egyes tűk funkciója a következő:
1. érintkező (VIN +) előremenő jelbemenet;
2. érintkező (VIN-) fordított jel bemenet;
A 3-as csap (VCG1) a bemeneti tápegységhez van csatlakoztatva;
A 4-es tű (GND) bemenetének alapja;
Foot 5 (RESERT) chip reset bemenet;
Láb 6 (FAULT) hiba kimenet, amikor hiba lép fel (kimeneti feszültség alulfeszültség vagy IGBT rövidzár), a hibajelet az optocsatolón keresztül továbbítják;
7-es csapszeg (VLED1 +) optocsatoló tesztcsap, felfüggesztés;
A 8-as csap (VLED1-) földelt;
A 9 tű, a 10 láb (VEE) fordított irányú feszültséget biztosít az IGBT számára;
A 11-es csap (VOUT) meghajtójelet ad az IGBT meghajtásához;
Láb 12 (VC) háromfokozatú Darlington cső kollektor tápegység;
A 13 tű (VCC2) a feszültségforrást vezeti;
14-es csap (DESAT) IGBT rövidzárlati áram észlelése;
15-ös csap (VLED2 +) optocsatlakozó tesztcsap, felfüggesztés;
A 16 láb (VE) referencia földet ad ki.
Ha a VIN + normálisan bemeneti, a 14 tűnek nincs túláramjelje, és a VCC2-VE = 12v azt jelenti, hogy a kimeneti előremenő feszültség normális, a hajtásjel magas szintet ad, és a hibajel és az alulfeszültség jel alacsony. Először is, a három jel a JP3-ba kerül, D alacsony, B alacsony, és 50 × DMOS ki van kapcsolva. Ekkor a JP1 bemenetének négy állapota alacsony, magas, alacsony és alacsony a felső és alsó között, és az A pont csúcspontja a háromfokozatú Darlington csövet bekapcsolja, és az IGBT is bekapcsolva.