Өндөр хүчин чадалтай MOSFET-ийн хөтчийн хэлхээний зарчим юу вэ?

Ижил өндөр хүчин чадалтай MOSFET, өөр өөр хөтчийн хэлхээг ашиглах нь өөр өөр шилжих шинж чанарыг олж авах болно. Хөдөлгүүрийн хэлхээний сайн гүйцэтгэлийг ашиглах нь цахилгаан сэлгэн залгах төхөөрөмжийг харьцангуй тохиромжтой сэлгэн залгах төлөвт ажиллуулахын зэрэгцээ сэлгэн залгах хугацааг богиносгож, сэлгэн залгах алдагдлыг бууруулж, ашиглалтын үр ашиг, найдвартай байдал, аюулгүй байдлыг хангахад ихээхэн ач холбогдолтой юм. Тиймээс хөтөчийн хэлхээний давуу болон сул талууд нь үндсэн хэлхээний гүйцэтгэлд шууд нөлөөлдөг тул хөтчийн хэлхээний дизайныг оновчтой болгох нь улам бүр чухал болж байна. Тиристор нь жижиг хэмжээтэй, хөнгөн жинтэй, өндөр үр ашигтай, удаан эдэлгээтэй, хэрэглэхэд хялбар, Шулуутгагч, инвертерийг хялбархан зогсоож чаддаг, Шулуутгагч эсвэл инвертерийн гүйдлийн хэмжээг өөрчлөх үндэслэлээр хэлхээний бүтцийг өөрчилж чадахгүй.IGBT нь нийлмэл материал юм. төхөөрөмжMOSFETболон GTR нь хурдан шилжих хурд, сайн дулааны тогтвортой байдал, жижиг жолоодлогын хүч, энгийн хөтлөх хэлхээний шинж чанартай бөгөөд төлөвийн хүчдэлийн бага уналт, тэсвэрлэх чадвар өндөр, хүлээн авах гүйдлийн өндөр давуу талтай. IGBT нь цахилгаан гаралтын үндсэн төхөөрөмж болох, ялангуяа өндөр эрчим хүч ихтэй газруудад янз бүрийн ангилалд түгээмэл хэрэглэгддэг.

Өндөр хүчин чадалтай MOSFET шилжүүлэгч төхөөрөмжүүдийн хамгийн тохиромжтой жолоодлогын хэлхээ нь дараахь шаардлагыг хангасан байх ёстой.

(1) Цахилгаан сэлгэн залгах хоолой асаалттай үед жолоодлогын хэлхээ нь хурдацтай нэмэгдэж буй үндсэн гүйдлийг хангах боломжтой бөгөөд ингэснээр асаалттай үед жолоодлогын хүч хангалттай байх бөгөөд ингэснээр асаалтын алдагдлыг бууруулдаг.

(2) Шилжүүлэгч хоолойг дамжуулах явцад MOSFET драйверын хэлхээний өгсөн үндсэн гүйдэл нь цахилгаан дамжуулах хоолой нь ямар ч ачааллын нөхцөлд ханасан дамжуулалтын төлөвт байгаа бөгөөд харьцангуй бага дамжуулалтын алдагдлыг баталгаажуулдаг. Хадгалах хугацааг багасгахын тулд төхөөрөмж унтрахаас өмнө маш чухал ханасан байдалд байх ёстой.

(3) унтрах үед хөтчийн хэлхээ нь хадгалах хугацааг багасгахын тулд суурь бүс дэх үлдсэн тээвэрлэгчийг хурдан гаргахын тулд хангалттай урвуу суурь хөтөчөөр хангах ёстой; мөн урвуу хэвийсэн таслах хүчдэлийг нэмснээр коллекторын гүйдэл хурдацтай буурч, буух хугацааг багасгана. Мэдээжийн хэрэг, тиристорыг унтраах нь унтрах ажиллагааг дуусгахын тулд урвуу анодын хүчдэлийн уналтаас үүдэлтэй хэвээр байна.

Одоогийн байдлаар тиристорыг харьцуулж болохуйц тооны трансформатор эсвэл optocoupler тусгаарлалтаар дамжуулж, нам хүчдэлийн төгсгөл ба өндөр хүчдэлийн төгсгөлийг салгаж, дараа нь хувиргах хэлхээгээр дамжуулан тиристор дамжуулалтыг удирддаг. IGBT дээр одоогийн хэрэглээнд илүү IGBT хөтчийн модуль, гэхдээ IGBT, системийн өөрөө засвар үйлчилгээ, өөрийгөө оношлох болон IPM-ийн бусад функциональ модулиудыг нэгтгэсэн.

Энэ нийтлэлд бидний ашигладаг тиристорын хувьд туршилтын хөтчийн хэлхээг зохион бүтээж, тиристорыг жолоодож чадна гэдгийг батлах бодит туршилтыг зогсооно. IGBT хөтөчийн хувьд энэ нийтлэлд голчлон IGBT хөтчийн одоогийн үндсэн төрлүүд, тэдгээрийн харгалзах хөтчийн хэлхээ, симуляцийн туршилтыг зогсооход хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг optocoupler тусгаарлах хөтчийг танилцуулсан.

2. Тиристорын хөтчийн хэлхээний судалгааг ерөнхийд нь тиристорын ажиллах нөхцөл нь:

(1) тиристор нь урвуу анодын хүчдэлийг хүлээн авдаг, хаалга нь ямар төрлийн хүчдэлийг хүлээн авахаас үл хамааран тиристор унтарсан төлөвт байна.

(2) Тиристор нь шууд анодын хүчдэлийг хүлээн авдаг бөгөөд зөвхөн хаалга нь эерэг хүчдэлийг хүлээн авдаг тохиолдолд тиристор асаалттай байна.

(3) Дамжуулалтын нөхцөлд thyristor, зөвхөн тодорхой эерэг анод хүчдэл, үл хамааран хаалганы хүчдэл, thyristor нь дамжуулалтыг шаардаж, өөрөөр хэлбэл, thyristor дамжуулалтын дараа хаалга алдагдсан байна. (4) гол хэлхээний хүчдэл (эсвэл гүйдэл) бараг тэг болж буурах үед тиристор унтрах үед дамжуулалтын нөхцөлд тиристор. Бид тиристорыг TYN1025, тэсвэрлэх хүчдэл нь 600В-1000В, гүйдэл нь 25А хүртэл байна. Энэ нь хаалганы хөтчийн хүчдэл 10В-аас 20В, хөтөчийн гүйдэл 4мА-аас 40мА хүртэл байх шаардлагатай. түүний засвар үйлчилгээний гүйдэл 50 мА, хөдөлгүүрийн гүйдэл 90 мА байна. DSP эсвэл CPLD гох дохионы далайцыг 5V хүртэл уртасгана. Юуны өмнө, 5V-ийн далайцыг 24V болгож, дараа нь 2: 1 тусгаарлах трансформатороор дамжуулан 24V-ийн гох дохиог 12V-ын гох дохио болгон хувиргаж, дээд ба доод хүчдэлийн тусгаарлах функцийг гүйцээнэ.

Туршилтын хэлхээний дизайн, шинжилгээ

Юуны өмнө, арын шатанд тусгаарлах трансформаторын хэлхээний улмаас өргөлтийн хэлхээMOSFETтөхөөрөмжид 15V гох дохио хэрэгтэй тул эхлээд 5V гох дохиог далайцыг 15V гох дохио болгон MC14504 5V дохиогоор дамжуулан 15V дохио болгон хувиргаж, дараа нь CD4050-ээр дамжуулж 15V хөтөчийн дохионы гаралт дээр 2-р суваг гаргах шаардлагатай. 5V оролтын дохионд холбогдсон бол 1-р суваг гаралттай холбогдсон байна 2-р суваг 5V оролтын дохио, 1-р суваг нь 15V-ийн гох дохионы гаралттай холбогдсон.

Хоёрдахь хэсэг нь тусгаарлах трансформаторын хэлхээ бөгөөд хэлхээний гол үүрэг нь: 15V гох дохио нь тиристор дамжуулалтын арын хэсгийг идэвхжүүлэхийн тулд 12V гох дохио болгон хувиргаж, 15V гох дохио ба ар талын хоорондох зайг хийх явдал юм. үе шат.

Хэлхээний ажиллах зарчим нь: улмаасMOSFETIRF640 хөтөчийн хүчдэл нь 15 В, тиймээс юуны өмнө J1-д 15 В квадрат долгионы дохиог 1N4746 зохицуулагчтай холбосон R4 резистороор дамжуулж, гох хүчдэл тогтвортой байхаас гадна гох хүчдэлийг хэт өндөр биш болгохын тулд. , MOSFET-ийг шатааж, дараа нь MOSFET IRF640 руу шилжүүлнэ (үнэндээ энэ бол шилжүүлэгч хоолой, арын төгсгөлийн удирдлага юм. нээх, хаах, асаах, унтраах арын төгсгөлийг хянах), хөтөчийн дохионы ажлын мөчлөгийг хянасны дараа MOSFET-ийг асаах, унтраах хугацааг хянах боломжтой. MOSFET нээлттэй үед, түүний D туйл газартай тэнцэх, энэ нь нээлттэй үед унтраах, арын төгсгөл хэлхээний дараа 24 V. Мөн трансформатор нь 12 V гаралтын дохионы баруун төгсгөлийг хийх хүчдэлийн өөрчлөлт дамжуулан байна. . Трансформаторын баруун төгсгөл нь Шулуутгагч гүүртэй холбогдсон ба дараа нь X1 холбогчоос 12V дохио гарна.

Туршилтын явцад тулгарч буй бэрхшээлүүд

Юуны өмнө цахилгааныг асаахад гал хамгаалагч нь гэнэт шатаж, дараа нь хэлхээг шалгахад анхны хэлхээний загварт асуудал гарсан байна. Эхний ээлжинд сэлгэн залгах хоолойн гаралтын үр нөлөөг сайжруулахын тулд MOSFET-ийн хаалганы G туйлыг S туйлын арын хэсэгтэй тэнцүү болгодог 24V газар ба 15V газардуулгын тусгаарлалтыг түдгэлзүүлж, хуурамч гохыг үүсгэсэн. Эмчилгээ нь 24V ба 15V-ийн газардлыг хооронд нь холбох бөгөөд туршилтыг зогсоохын тулд хэлхээ хэвийн ажилладаг. Хэлхээний холболт хэвийн, гэхдээ хөтөчийн дохио, MOSFET дулаан, дээр нь тодорхой хугацааны туршид хөтөчийн дохионд оролцох үед гал хамгаалагч шатаж, дараа нь хөтчийн дохиог нэмбэл гал хамгаалагч шууд асдаг. Хөдөлгүүрийн дохионы өндөр түвшний ажлын мөчлөг хэт том, улмаар MOSFET-ийг асаах хугацаа хэт урт байгааг хэлхээг шалгана уу. Энэхүү хэлхээний загвар нь MOSFET нээгдэх үед MOSFET-ийн төгсгөлд шууд 24 В-ыг нэмж, гүйдэл хязгаарлах резистор нэмээгүй, хэрэв ажиллах хугацаа хэт урт байвал гүйдэл хэт их байвал MOSFET-ийн гэмтэл, дохионы үүргийн мөчлөгийг зохицуулах хэрэгцээ нь хэтэрхий том байж болохгүй, ерөнхийдөө 10% -иас 20% хүртэл байдаг.

2.3 Хөтөчийн хэлхээг шалгах

Хөдөлгүүрийн хэлхээний техник эдийн засгийн үндэслэлийг шалгахын тулд бид үүнийг ашиглан тиристорын хэлхээг бие биентэйгээ цувралаар холбосон тиристорыг бие биетэйгээ цувралаар, дараа нь эсрэг параллель, индуктив урвал бүхий хэлхээнд нэвтрэх, тэжээлийн хангамжийг ашигладаг. 380V хувьсах гүйдлийн хүчдэлийн эх үүсвэр юм.

Энэ хэлхээний MOSFET нь тиристор Q2, Q8 нь G11 ба G12 хандалтаар дохио өгдөг бол Q5, Q11 нь G21, G22 хандалтаар дамжуулан дохио өгдөг. Хөдөлгүүрийн дохиог тиристорын хаалганы түвшинд хүлээн авахаас өмнө тиристорын хөндлөнгийн оролцоог сайжруулахын тулд тиристорын хаалгыг резистор ба конденсатортай холбодог. Энэ хэлхээг ороомогтой холбож дараа нь үндсэн хэлхээнд оруулна. Тиристорын дамжуулалтын өнцгийг хянасны дараа том индукторыг үндсэн хэлхээний цаг, дээд ба доод хэлхээний фазын өнцгийн гох дохионы зөрүү хагас мөчлөг, дээд G11 ба G12 нь гох дохио юм. Тусгаарлагч трансформаторын урд шатны хөтөчийн хэлхээгээр дамжуулан бие биенээсээ тусгаарлагдсан, доод G21 ба G22 нь дохионы адил тусгаарлагдсан байдаг. Хоёр гох дохио нь антипараллель тиристорын хэлхээний эерэг ба сөрөг дамжуулалтыг өдөөдөг бөгөөд 1-ээс дээш суваг нь тиристорын хэлхээний бүх хүчдэлд холбогдсон, тиристорын дамжуулалтад 0 болж, 2, 3 суваг нь тиристорын хэлхээнд дээш доош холбогддог. замын гох дохио, 4 суваг нь бүх тиристорын гүйдлийн урсгалаар хэмжигддэг.

2 суваг эерэг гох дохиог хэмжсэн, тиристорын дамжуулалтаас дээш гарсан, гүйдэл нь эерэг; 3 суваг нь урвуу гох дохиог хэмжиж, тиристорын дамжуулалтын доод хэлхээг өдөөж, гүйдэл нь сөрөг байна.

3. Семинарын IGBT хөтчийн хэлхээний IGBT хөтчийн хэлхээ нь олон тусгай хүсэлттэй бөгөөд нэгтгэн дүгнэсэн:

(1) хүчдэлийн импульсийн өсөлт, бууралтын хурд хангалттай их байх ёстой. igbt асаалттай үед эгц хаалганы хүчдэлийн урд ирмэгийг хаалганы хоорондох G хаалга ба ялгаруулагч E дээр нэмдэг бөгөөд ингэснээр эргэлтийн алдагдлыг багасгахын тулд хамгийн богино эргэлтэнд хүрэхийн тулд хурдан асаана. IGBT унтрах үед хаалганы хөтчийн хэлхээ нь IGBT буух ирмэгийг маш огцом унтрах хүчдэлээр хангах ёстой бөгөөд IGBT хаалганы G ба ялгаруулагч E нь тохирох урвуу хүчдэлийн хооронд байх ёстой бөгөөд ингэснээр IGBT хурдан унтрах, унтрах хугацааг богиносгож, багасна. унтрах алдагдал.

(2) IGBT дамжуулалтын дараа хаалганы хөтчийн хэлхээнээс өгсөн хөтөчийн хүчдэл ба гүйдэл нь IGBT хөтөчийн хүчдэл ба гүйдлийн далайцад хангалттай байх ёстой бөгөөд ингэснээр IGBT-ийн тэжээлийн гаралт үргэлж ханасан төлөвт байх ёстой. Түр зуурын хэт ачаалал, хаалганы хөтчийн хэлхээний жолоодлогын хүч нь IGBT нь ханасан бүсээс гарахгүй, гэмтээхгүй байхын тулд хангалттай байх ёстой.

(3) IGBT хаалганы хөтчийн хэлхээ нь тохирох утгыг авахын тулд IGBT эерэг хөтчийн хүчдэлийг хангах ёстой, ялангуяа IGBT-д ашиглагдаж буй төхөөрөмжийн богино залгааны үйл ажиллагааны явцад эерэг хөтөчийн хүчдэлийг шаардлагатай хамгийн бага утгаар сонгох ёстой. IGBT-ийн хаалганы хүчдэлийг сэлгэх нь хамгийн сайн нь 10V ~ 15V байх ёстой.

(4) IGBT унтрах процесс, gate - ялгаруулагчийн хооронд хэрэглэсэн сөрөг хэвийсэн хүчдэл нь IGBT-ийг хурдан унтрахад тустай боловч хэт том хэмжээтэй байж болохгүй, ердийн хүлээн авах -2V-ээс -10V.

(5) их хэмжээний индуктив ачаалалтай тохиолдолд хэт хурдан сэлгэн залгах нь хортой, IGBT-д их хэмжээний индуктив ачаалал хурдан асах, унтрах нь өндөр давтамжийн болон өндөр далайцтай, Ldi / dt хүчдэлийн нарийн өргөнийг үүсгэдэг. , баяжуулалт нь шингээхэд хялбар биш, төхөөрөмжийн эвдрэлийг үүсгэхэд хялбар байдаг.

(6) IGBT нь өндөр хүчдэлийн газруудад ашиглагддаг тул хөтчийн хэлхээ нь өндөр хурдны оптик холбогч тусгаарлалт эсвэл трансформаторын холболтын тусгаарлалт зэрэг хүнд тусгаарлах боломжтой үед бүх удирдлагын хэлхээтэй байх ёстой.

Хөтөчийн хэлхээний төлөв

Нэгдсэн технологийг хөгжүүлснээр одоогийн IGBT хаалганы хөтчийн хэлхээг ихэвчлэн нэгдсэн чипээр удирддаг. Хяналтын горим нь үндсэндээ гурван төрлийн хэвээр байна:

(1) оролт ба гаралтын дохионы хооронд цахилгаан тусгаарлалт байхгүй шууд гох төрөл.

(2) импульсийн трансформаторын тусгаарлалтыг ашиглан оролт ба гаралтын дохионы хоорондох трансформаторын тусгаарлах хөтөч, тусгаарлах хүчдэлийн түвшин 4000 В хүртэл.

Дараахь байдлаар 3 хандлага байна

Идэвхгүй хандлага: хоёрдогч трансформаторын гаралтыг IGBT-ийг шууд жолоодоход ашигладаг бөгөөд вольт-секундын тэгшитгэлийн хязгаарлалтаас шалтгаалан энэ нь зөвхөн ажлын мөчлөг өөрчлөгддөггүй газруудад л хамаарна.

Идэвхтэй арга: трансформатор нь зөвхөн тусгаарлагдсан дохиог өгдөг, хоёрдогч хуванцар өсгөгчийн хэлхээнд IGBT-ийг жолоодох үед хөтчийн долгионы хэлбэр нь илүү сайн байдаг, гэхдээ тусад нь туслах хүчийг өгөх шаардлагатай.

Өөрийгөө нийлүүлэх арга: импульсийн трансформаторыг хөтчийн энерги болон өндөр давтамжийн модуляц, демодуляцын технологийг хоёуланг нь дамжуулахад ашигладаг бөгөөд энэ нь модуляцын төрлийн өөрөө хангах арга, цаг хуваах технологид хуваагддаг логик дохиог дамжуулахад зориулагдсан бөгөөд үүнд модуляц хийдэг. -шаардлагатай цахилгаан хангамжийг бий болгохын тулд Шулуутгагч гүүрийг өөрөө тэжээх хүчийг төрөл, логик дохиог дамжуулах өндөр давтамжийн модуляц, демодуляцийн технологи.

3. Тиристор ба IGBT хөтөч хоорондын холбоо ба ялгаа

Тиристор ба IGBT хөтчийн хэлхээ нь ижил төстэй төвийн хооронд ялгаатай байдаг. Юуны өмнө хоёр хөтчийн хэлхээ нь шилжүүлэгч төхөөрөмж болон хяналтын хэлхээг бие биенээсээ тусгаарлах шаардлагатай бөгөөд ингэснээр өндөр хүчдэлийн хэлхээ нь хяналтын хэлхээнд нөлөөлөхгүй. Дараа нь шилжих төхөөрөмжийг асаахын тулд хаалганы хөтчийн дохионд хоёуланг нь хэрэглэнэ. Үүний ялгаа нь тиристорын хөтөч нь одоогийн дохио шаарддаг бол IGBT нь хүчдэлийн дохио шаарддаг. Шилжүүлэгч төхөөрөмж дамжуулсны дараа тиристорын хаалга нь тиристорыг ашиглах хяналтаа алдсан, хэрэв та тиристорыг унтраахыг хүсвэл тиристорын терминалуудыг урвуу хүчдэлд нэмэх хэрэгтэй; болон IGBT унтрах нь IGBT-ийг унтраахын тулд зөвхөн сөрөг жолооны хүчдэлийн хаалган дээр нэмэх шаардлагатай.

4. Дүгнэлт

Энэхүү нийтлэл нь өгүүллийн хоёр хэсэгт хуваагдсан бөгөөд эхний хэсэг нь тиристорын хөтчийн хэлхээний өгүүллийг зогсоох хүсэлт, харгалзах хөтөчийн хэлхээний дизайн, хэлхээний дизайныг загварчлалаар дамжуулан практик тиристорын хэлхээнд ашигласан болно. болон туршилтын жолоодлогын хэлхээний техник эдийн засгийн үндэслэлийг нотлох, туршилтын үйл явц нь асуудалд дүн шинжилгээ хийх үед тулгарсан зогсоож, шийдвэрлэх. Хөтчийн хэлхээний хүсэлтээр IGBT-ийн талаархи үндсэн хэлэлцүүлгийн хоёр дахь хэсэг бөгөөд үүний үндсэн дээр одоогийн түгээмэл хэрэглэгддэг IGBT хөтчийн хэлхээг цаашид нэвтрүүлэх, симуляци, туршилтыг зогсоох үндсэн optocoupler тусгаарлах хөтчийн хэлхээг нотлох. хөтөчийн хэлхээний техник эдийн засгийн үндэслэл.