როგორია მაღალი სიმძლავრის MOSFET-ის წამყვანი წრედის პრინციპი?

იგივე მაღალი სიმძლავრის MOSFET, სხვადასხვა წამყვანი სქემების გამოყენება მიიღებს სხვადასხვა გადართვის მახასიათებლებს. ამძრავის მიკროსქემის კარგი მუშაობის გამოყენებამ შეიძლება აიძულებს დენის გადართვის მოწყობილობას იმუშაოს შედარებით იდეალურ გადართვის მდგომარეობაში, ხოლო გადართვის დროის შემცირება, გადართვის დანაკარგების შემცირება, ოპერაციული ეფექტურობის დაყენება, საიმედოობა და უსაფრთხოება დიდი მნიშვნელობა აქვს. აქედან გამომდინარე, წამყვანი მიკროსქემის უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები პირდაპირ გავლენას ახდენს ძირითადი მიკროსქემის მუშაობაზე, წამყვანი მიკროსქემის დიზაინის რაციონალიზაცია სულ უფრო მნიშვნელოვანია. ტირისტორის მცირე ზომა, მსუბუქი წონა, მაღალი ეფექტურობა, ხანგრძლივი სიცოცხლე, მარტივი გამოსაყენებელი, ადვილად აჩერებს რექტიფიკატორს და ინვერტორს და ვერ ცვლის მიკროსქემის სტრუქტურას რექტფიკატორის ან ინვერტორული დენის ზომის შეცვლის პირობებში. IGBT არის კომპოზიტი. მოწყობილობაMOSFETდა GTR, რომელსაც აქვს სწრაფი გადართვის სიჩქარის, კარგი თერმული სტაბილურობის, მცირე მამოძრავებელი სიმძლავრის და მარტივი ძრავის სქემის მახასიათებლები და აქვს უპირატესობები მცირე შტატში ძაბვის ვარდნის, მაღალი გამძლეობის ძაბვის და მაღალი მიღების დენის. IGBT, როგორც ძირითადი დენის გამომავალი მოწყობილობა, განსაკუთრებით მაღალი სიმძლავრის ადგილებში, ჩვეულებრივ გამოიყენება სხვადასხვა კატეგორიაში.

იდეალური მამოძრავებელი წრე მაღალი სიმძლავრის MOSFET გადართვის მოწყობილობებისთვის უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ მოთხოვნებს:

(1) როდესაც დენის გადართვის მილი ჩართულია, მამოძრავებელ წრეს შეუძლია უზრუნველყოს სწრაფად მზარდი ბაზის დენი, ისე, რომ იყოს საკმარისი მამოძრავებელი ძალა, როდესაც ის ჩართულია, რაც ამცირებს ჩართვის დანაკარგს.

(2) გადართვის მილის გამტარობის დროს, MOSFET-ის დრაივერის მიკროსქემის მიერ მოწოდებულმა ბაზის დენმა შეიძლება უზრუნველყოს დენის მილის გაჯერებული გამტარობის მდგომარეობაში ნებისმიერი დატვირთვის პირობებში, რაც უზრუნველყოფს შედარებით დაბალ გამტარობის დაკარგვას. შენახვის დროის შესამცირებლად, მოწყობილობა უნდა იყოს კრიტიკულ გაჯერების მდგომარეობაში გამორთვამდე.

(3) გამორთვა, წამყვანი წრე უნდა უზრუნველყოფდეს საკმარის საპირისპირო საბაზისო ძრავას, რათა სწრაფად გამოიყვანოს დარჩენილი მატარებლები საბაზო რეგიონში, რათა შემცირდეს შენახვის დრო; და დაამატეთ საპირისპირო მიკერძოების გამორთვის ძაბვა, ისე, რომ კოლექტორის დენი სწრაფად დაეცეს სადესანტო დროის შესამცირებლად. რა თქმა უნდა, ტირისტორის გამორთვა მაინც ძირითადად ხდება საპირისპირო ანოდის ძაბვის ვარდნით, რათა დასრულდეს გამორთვა.

ამჟამად, ტირისტორი მოძრაობს შედარებითი რაოდენობით მხოლოდ ტრანსფორმატორის ან ოპტოდაკავშირების იზოლაციის მეშვეობით, რათა გამოეყოს დაბალი ძაბვის ბოლო და მაღალი ძაბვის ბოლო, შემდეგ კი კონვერტაციის სქემით ამოძრავებს ტირისტორის გამტარობას. IGBT-ზე მეტი IGBT წამყვანი მოდულის მიმდინარე გამოყენებისთვის, მაგრამ ასევე ინტეგრირებული IGBT, სისტემის თვითშენარჩუნება, თვითდიაგნოსტიკა და IPM-ის სხვა ფუნქციური მოდულები.

ამ ნაშრომში, ჩვენ ვიყენებთ ტირისტორისთვის, შევიმუშავოთ ექსპერიმენტული წამყვანი წრე და შევაჩეროთ რეალური ტესტი იმის დასამტკიცებლად, რომ მას შეუძლია ტირისტორის მართვა. რაც შეეხება IGBT დისკს, ეს ნაშრომი ძირითადად წარმოგიდგენთ IGBT დისკის ამჟამინდელ ძირითად ტიპებს, ისევე როგორც მათ შესაბამის დრაივის წრეს და ყველაზე ხშირად გამოყენებულ ოპტოკუპლერის იზოლაციის დისკს სიმულაციური ექსპერიმენტის შესაჩერებლად.

2. ტირისტორის ამძრავის მიკროსქემის შესწავლა ზოგადად ტირისტორის მუშაობის პირობებია:

(1) ტირისტორი იღებს საპირისპირო ანოდის ძაბვას, მიუხედავად იმისა, რომ კარიბჭე იღებს რა სახის ძაბვას, ტირისტორი გამორთულია.

(2) ტირისტორი იღებს წინა ანოდის ძაბვას, მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როდესაც კარიბჭე იღებს დადებით ძაბვას, ტირისტორი ჩართულია.

(3) ტირისტორი გამტარობის მდგომარეობაში, მხოლოდ გარკვეული დადებითი ანოდის ძაბვა, კარიბჭის ძაბვის მიუხედავად, ტირისტორი დაჟინებით მოითხოვდა გამტარობას, ანუ ტირისტორის გამტარობის შემდეგ კარიბჭე იკარგება. (4) ტირისტორი გამტარობის მდგომარეობაში, როდესაც მთავარი წრედის ძაბვა (ან დენი) ნულამდე მცირდება, ტირისტორის გამორთვა. ჩვენ ვირჩევთ ტირისტორს TYN1025, მისი გაუძლო ძაბვა არის 600V-დან 1000V-მდე, დენი 25A-მდე. ეს მოითხოვს კარიბჭის ამძრავის ძაბვას 10V-დან 20V-მდე, წამყვანი დენი არის 4mA-დან 40mA-მდე. და მისი ტექნიკური დენი არის 50 mA, ძრავის დენი 90 mA. ან DSP ან CPLD გამომწვევი სიგნალის ამპლიტუდა 5 ვ-მდე. უპირველეს ყოვლისა, სანამ 5 ვ-ის ამპლიტუდაა 24 ვ-ში, შემდეგ კი 2:1 იზოლაციის ტრანსფორმატორის მეშვეობით, 24 ვ ტრიგერის სიგნალი გადაიყვანეთ 12 ვ სიგნალად, ხოლო ზედა და ქვედა ძაბვის იზოლაციის ფუნქციის დასრულება.

ექსპერიმენტული წრედის დიზაინი და ანალიზი

უპირველეს ყოვლისა, გამაძლიერებელი წრე, იმის გამო, რომ იზოლაციის ტრანსფორმატორის წრე უკანა ეტაპზეაMOSFETმოწყობილობას ესაჭიროება 15 ვ ტრიგერის სიგნალი, ამიტომ საჭიროა ჯერ 5 ვ ტრიგერის სიგნალის ამპლიტუდის გადაყვანა 15 ვ ტრიგერის სიგნალში, MC14504 5 ვ სიგნალის მეშვეობით, გარდაიქმნება 15 ვ სიგნალად, შემდეგ კი CD4050 15 ვ დისკის სიგნალის ფორმირების გამოსავალზე, არხი 2. დაკავშირებულია 5V შეყვანის სიგნალთან, არხი 1 დაკავშირებულია გამომავალ არხ 2-თან დაკავშირებულია 5 ვ შეყვანის სიგნალთან, არხი 1 დაკავშირებულია 15 ვ ტრიგერის სიგნალის გამოსავალთან.

მეორე ნაწილი არის საიზოლაციო ტრანსფორმატორის წრე, მიკროსქემის მთავარი ფუნქციაა: 15 ვ ტრიგერის სიგნალი, გარდაიქმნება 12 ვ ტრიგერის სიგნალად ტირისტორის უკანა გამტარობის გასააქტიურებლად და 15 ვ ტრიგერის სიგნალის და ზურგს შორის მანძილის გასაკეთებლად. ეტაპი.

მიკროსქემის მუშაობის პრინციპია: იმის გამოMOSFETIRF640 წამყვანი ძაბვა არის 15 ვ, ასე რომ, პირველ რიგში, J1-ში წვდომა 15 ვ კვადრატულ ტალღის სიგნალზე, R4 რეზისტორის საშუალებით, რომელიც დაკავშირებულია რეგულატორთან 1N4746, ისე, რომ ტრიგერის ძაბვა იყოს სტაბილური, მაგრამ ასევე, რომ ტრიგერის ძაბვა არ იყოს ძალიან მაღალი. დაწვა MOSFET და შემდეგ MOSFET IRF640 (ფაქტობრივად, ეს არის გადართვა მილის, გახსნისა და დახურვის უკანა ნაწილის კონტროლი, ჩართვისა და გამორთვის უკანა ნაწილის კონტროლი), წამყვანის სიგნალის მუშაობის ციკლის გაკონტროლების შემდეგ, რომ შეძლოთ ჩართვა და ჩართვა. - MOSFET-ის გამორთვის დრო. როდესაც MOSFET ღიაა, მისი D-პოლუსის დამიწების ექვივალენტური, გამორთულია, როდესაც ის ღიაა, უკანა წრედის შემდეგ, რომელიც ექვივალენტურია 24 ვ. და ტრანსფორმატორი ძაბვის ცვლილებას განიცდის, რათა გააკეთოს 12 ვ გამომავალი სიგნალის მარჯვენა ბოლო. . ტრანსფორმატორის მარჯვენა ბოლო უკავშირდება გამსწორებელ ხიდს, შემდეგ კი 12 ვ სიგნალი გამოდის კონექტორიდან X1.

ექსპერიმენტის დროს წარმოქმნილი პრობლემები

უპირველეს ყოვლისა, როდესაც დენი ჩართული იყო, დაუკრავენ უეცრად ააფეთქეს, მოგვიანებით კი მიკროსქემის შემოწმებისას დადგინდა, რომ პრობლემა იყო საწყის სქემის დიზაინში. თავდაპირველად, მისი გადამრთველი მილის გამომავალი ეფექტის გასაუმჯობესებლად, 24 ვ დამიწის და 15 ვ გრუნტის განცალკევება, რაც MOSFET-ის კარიბჭეს G პოლუსს S პოლუსის უკანა მხარეს ექვივალენტურს ხდის, შეჩერებულია, რაც იწვევს ცრუ გამოწვევას. მკურნალობა არის 24V და 15V გრუნტის ერთმანეთთან დაკავშირება და ისევ ექსპერიმენტის შესაჩერებლად წრე ნორმალურად მუშაობს. მიკროსქემის შეერთება ნორმალურია, მაგრამ როდესაც მონაწილეობს დისკის სიგნალში, MOSFET-ის გათბობა, პლუს წამყვანის სიგნალი გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, დაუკრავენ აფეთქებას და შემდეგ დაამატეთ წამყვანი სიგნალი, დაუკრავენ პირდაპირ აფეთქებას. მიკროსქემის შემოწმებამ დაადგინა, რომ წამყვანის სიგნალის მაღალი დონის სამუშაო ციკლი ძალიან დიდია, რის შედეგადაც MOSFET-ის ჩართვის დრო ძალიან გრძელია. ამ მიკროსქემის დიზაინი ქმნის, როდესაც MOSFET ღიაა, 24 ვ დაემატება პირდაპირ MOSFET-ის ბოლოებს და არ ამატებს დენის შემზღუდველ რეზისტორს, თუ დრო ძალიან დიდია, რომ დენი ძალიან დიდია, MOSFET-ის დაზიანება, სიგნალის მუშაობის ციკლის რეგულირების საჭიროება არ შეიძლება იყოს ძალიან დიდი, ზოგადად 10%-დან 20%-მდე.

2.3 დისკის წრედის შემოწმება

ამძრავის მიკროსქემის მიზანშეწონილობის შესამოწმებლად მას ვიყენებთ ერთმანეთთან სერიულად დაკავშირებულ ტირისტორის წრედ, ერთმანეთთან სერიულად და შემდეგ ანტიპარალელურად, წრედზე წვდომისათვის ინდუქციური რეაქტანციით, ელექტრომომარაგებისთვის. არის 380 ვ ცვლადი ძაბვის წყარო.

MOSFET ამ წრეში, ტირისტორი Q2, Q8 ააქტიურებს სიგნალს G11 და G12 წვდომის საშუალებით, ხოლო Q5, Q11 სიგნალს აწვდის G21, G22 წვდომის საშუალებით. სანამ წამყვანი სიგნალი მიიღება ტირისტორის კარიბჭის დონეზე, ტირისტორის ჩარევის საწინააღმდეგო უნარის გასაუმჯობესებლად, ტირისტორის კარიბჭე უკავშირდება რეზისტორს და კონდენსატორს. ეს წრე უკავშირდება ინდუქტორს და შემდეგ შედის მთავარ წრეში. ტირისტორის გამტარობის კუთხის კონტროლის შემდეგ, დიდი ინდუქტორის მთავარ წრის დროში გასაკონტროლებლად, ტრიგერის სიგნალის სხვაობის ფაზის კუთხის ზედა და ქვედა სქემები ნახევარი ციკლით, ზედა G11 და G12 არის გამომწვევი სიგნალი მთელი გზა. საიზოლაციო ტრანსფორმატორის წინა ეტაპის წამყვანი წრედის მეშვეობით იზოლირებულია ერთმანეთისგან, ქვედა G21 და G22 ასევე იზოლირებულია იმავე გზით სიგნალისგან. ორი ტრიგერის სიგნალი ააქტიურებს ანტიპარალელური ტირისტორის წრეს დადებით და უარყოფით გამტარობას, 1 არხის ზემოთ უკავშირდება ტირისტორის წრედის ძაბვას, ტირისტორის გამტარობაში ხდება 0, ხოლო 2, 3 არხი უკავშირდება ტირისტორის წრეს ზემოთ და ქვემოთ. გზის ტრიგერის სიგნალები, 4 არხი იზომება მთელი ტირისტორის დენის ნაკადით.

2 არხი გაზომავს პოზიტიურ ტრიგერის სიგნალს, ამოქმედდა ტირისტორის გამტარობის ზემოთ, დენი დადებითია; 3 არხმა გაზომა საპირისპირო ტრიგერის სიგნალი, რაც იწვევს ტირისტორის გამტარობის ქვედა წრეს, დენი უარყოფითია.

3. სემინარის IGBT დისკის წრე IGBT წამყვანი წრე აქვს ბევრი სპეციალური მოთხოვნა, შეჯამებულია:

(1) ძაბვის პულსის აწევისა და დაცემის სიჩქარე უნდა იყოს საკმარისად დიდი. igbt ჩართეთ, ციცაბო კარიბჭის ძაბვის წინა კიდე ემატება G ჭიშკარს და ემიტერს E კარიბჭეს შორის, ისე, რომ ის სწრაფად ჩართულია, რათა მიაღწიოს უმოკლეს ჩართვის დროს, რათა შემცირდეს ჩართვის დანაკარგები. IGBT გამორთვისას, კარიბჭის ამძრავი წრე უნდა უზრუნველყოფდეს, რომ IGBT სადესანტო ზღვარზე არის ძალიან ციცაბო გამორთვის ძაბვა, ხოლო IGBT კარიბჭის G და ემიტერისთვის შესაბამის საპირისპირო მიკერძოებულ ძაბვას შორის, ისე, რომ IGBT სწრაფი გამორთვა, შეამციროს გამორთვის დრო, შეამციროს გამორთვის დაკარგვა.

(2) IGBT გამტარობის შემდეგ, კარიბჭის წამყვანი სქემით მოწოდებული წამყვანი ძაბვა და დენი უნდა იყოს საკმარისი ამპლიტუდა IGBT წამყვანი ძაბვისა და დენისთვის, რათა IGBT-ის გამომავალი სიმძლავრე ყოველთვის იყოს გაჯერებულ მდგომარეობაში. გარდამავალი გადატვირთვა, კარიბჭის წამყვანი მიკროსქემის მიერ მოწოდებული მამოძრავებელი სიმძლავრე უნდა იყოს საკმარისი იმისათვის, რომ IGBT არ გამოვიდეს გაჯერების რეგიონიდან და არ დაზიანდეს.

(3) IGBT კარიბჭის წამყვანი წრე უნდა უზრუნველყოს IGBT დადებითი წამყვანი ძაბვა შესაბამისი მნიშვნელობის მისაღებად, განსაკუთრებით IGBT-ში გამოყენებული აღჭურვილობის მოკლე ჩართვის მუშაობის პროცესში, დადებითი წამყვანი ძაბვა უნდა შეირჩეს საჭირო მინიმალურ მნიშვნელობამდე. IGBT-ის კარიბჭის ძაბვის გადართვა საუკეთესოდ უნდა იყოს 10V ~ 15V.

(4) IGBT გამორთვის პროცესი, უარყოფითი მიკერძოებული ძაბვა, რომელიც გამოიყენება კარიბჭე-ემიტერს შორის, ხელს უწყობს IGBT-ის სწრაფ გამორთვას, მაგრამ არ უნდა იქნას მიღებული ძალიან დიდი, ჩვეულებრივი აღება -2V-დან -10V-მდე.

(5) დიდი ინდუქციური დატვირთვების შემთხვევაში, ძალიან სწრაფი გადართვა საზიანოა, დიდი ინდუქციური დატვირთვები IGBT სწრაფ ჩართვასა და გამორთვაში, წარმოქმნის მაღალი სიხშირის და მაღალ ამპლიტუდას და ვიწრო სიგანის მწვერვალს Ldi/dt. , spike არ არის ადვილი აღიქვას, ადვილად ჩამოყალიბდეს მოწყობილობის დაზიანება.

(6) როგორც IGBT გამოიყენება მაღალი ძაბვის ადგილებში, ამიტომ წამყვანი წრე უნდა იყოს მთელ საკონტროლო წრესთან მძიმე იზოლაციის პოტენციალში, მაღალი სიჩქარის ოპტიკური დაწყვილების იზოლაციის ან ტრანსფორმატორის დაწყვილების იზოლაციის ჩვეულებრივი გამოყენებით.

წამყვანი მიკროსქემის სტატუსი

ინტეგრირებული ტექნოლოგიის განვითარებით, ამჟამინდელი IGBT კარიბჭის წამყვანი წრე ძირითადად კონტროლდება ინტეგრირებული ჩიპებით. კონტროლის რეჟიმი ჯერ კიდევ ძირითადად სამი სახისაა:

(1) პირდაპირი გაშვების ტიპი არ არის ელექტრული იზოლაცია შემავალ და გამომავალ სიგნალებს შორის.

(2) ტრანსფორმატორის იზოლაციის დისკი შემავალ და გამომავალ სიგნალებს შორის იმპულსური ტრანსფორმატორის იზოლაციის გამოყენებით, იზოლაციის ძაბვის დონე 4000 ვ-მდე.

არსებობს 3 მიდგომა შემდეგნაირად

პასიური მიდგომა: მეორადი ტრანსფორმატორის გამომავალი გამოიყენება IGBT-ის უშუალო მართვისთვის, ვოლტ-წამის გათანაბრების შეზღუდვის გამო, ის გამოიყენება მხოლოდ იმ ადგილებში, სადაც სამუშაო ციკლი დიდად არ იცვლება.

აქტიური მეთოდი: ტრანსფორმატორი უზრუნველყოფს მხოლოდ იზოლირებულ სიგნალებს, მეორადი პლასტიკური გამაძლიერებლის წრეში IGBT-ის მართვისთვის უკეთესია წამყვანი ტალღის ფორმა, მაგრამ საჭიროა ცალკე დამხმარე სიმძლავრის მიწოდება.

თვითმომარაგების მეთოდი: პულსური ტრანსფორმატორი გამოიყენება როგორც ძრავის ენერგიის, ასევე მაღალი სიხშირის მოდულაციისა და დემოდულაციის ტექნოლოგიის გადასაცემად ლოგიკური სიგნალების გადაცემისთვის, დაყოფილია მოდულაციის ტიპის თვითმომარაგების მიდგომად და დროის გაზიარების ტექნოლოგიად თვითმომარაგება, რომელშიც მოდულაცია ხდება - აკრიფეთ გამომსწორებელ ხიდზე თვითმმართველობის მიწოდება ელექტრომომარაგების, მაღალი სიხშირის მოდულაციის და დემოდულაციის ტექნოლოგიის გენერირებისთვის ლოგიკური სიგნალების გადასაცემად.

3. კონტაქტი და განსხვავება ტირისტორსა და IGBT დისკს შორის

ტირისტორისა და IGBT დისკის წრეს აქვს განსხვავება მსგავს ცენტრს შორის. უპირველეს ყოვლისა, ორი წამყვანი სქემები საჭიროა გადართვის მოწყობილობისა და საკონტროლო წრედის ერთმანეთისგან იზოლირებისთვის, რათა თავიდან იქნას აცილებული მაღალი ძაბვის სქემების გავლენა საკონტროლო წრეზე. შემდეგ, ორივე გამოიყენება კარიბჭის დისკის სიგნალზე გადართვის მოწყობილობის ჩართვისთვის. განსხვავება ისაა, რომ ტირისტორის დისკს სჭირდება მიმდინარე სიგნალი, ხოლო IGBT - ძაბვის სიგნალს. გადართვის მოწყობილობის გატარების შემდეგ, ტირისტორის კარიბჭემ დაკარგა კონტროლი ტირისტორის გამოყენებაზე, თუ გსურთ ტირისტორის გამორთვა, ტირისტორის ტერმინალები უნდა დაემატოს საპირისპირო ძაბვას; და IGBT გამორთვა მხოლოდ უარყოფითი მამოძრავებელი ძაბვის კარიბჭეს უნდა დაემატოს, IGBT-ის გამორთვისთვის.

4. დასკვნა

ეს ნაშრომი ძირითადად დაყოფილია თხრობის ორ ნაწილად, ტირისტორის წამყვანი მიკროსქემის მოთხოვნის პირველი ნაწილი თხრობის შეჩერების შესახებ, შესაბამისი წამყვანი მიკროსქემის დიზაინი და მიკროსქემის დიზაინი გამოიყენება პრაქტიკული ტირისტორის წრედზე, სიმულაციის საშუალებით. და ექსპერიმენტი ამძრავის მიკროსქემის მიზანშეწონილობის დასამტკიცებლად, ექსპერიმენტული პროცესი, რომელიც წარმოიშვა პრობლემების ანალიზში, შეჩერდა და განიხილება. ძირითადი დისკუსიის მეორე ნაწილი IGBT-ზე დისკის მიკროსქემის მოთხოვნით, და ამის საფუძველზე შემდგომში გააცნოთ მიმდინარე ჩვეულებრივ გამოყენებული IGBT წამყვანი წრე, და მთავარი ოპტოკოპლერის იზოლაციის წამყვანი წრე, სიმულაციისა და ექსპერიმენტის შესაჩერებლად, დასამტკიცებლად წამყვანი მიკროსქემის მიზანშეწონილობა.