Unsa ang prinsipyo sa drive circuit sa usa ka high power MOSFET?

Ang parehas nga high-power MOSFET, ang paggamit sa lainlaing mga circuit sa pagmaneho makakuha lainlaing mga kinaiya sa pagbalhin. Ang paggamit sa maayo nga performance sa drive circuit makahimo sa power switching device nga magtrabaho sa usa ka medyo maayo nga switching state, samtang ang pagpamubo sa switching time, pagpakunhod sa switching losses, ang pag-instalar sa operating efficiency, kasaligan ug kaluwasan adunay dako nga kahulogan. Busa, ang mga bentaha ug disbentaha sa drive circuit direkta nga nakaapekto sa pasundayag sa main circuit, ang rasyonalisasyon sa disenyo sa drive circuit labi ka hinungdanon. Ang thyristor gamay nga gidak-on, gaan nga gibug-aton, taas nga kahusayan, taas nga kinabuhi, dali gamiton, dali nga mapahunong ang rectifier ug inverter, ug dili mabag-o ang istruktura sa sirkito sa ilawom sa premise sa pagbag-o sa gidak-on sa rectifier o inverter karon. Ang IGBT usa ka composite device saMOSFETug GTR, nga adunay mga kinaiya sa paspas nga switching speed, maayo nga thermal stability, gamay nga driving power ug simple drive circuit, ug adunay mga bentaha sa gamay nga on-state boltahe drop, taas nga makasukol boltahe ug taas nga pagdawat sa kasamtangan. Ang IGBT isip usa ka mainstream power output device, ilabina sa high-power nga mga dapit, kay kasagarang gigamit sa lain-laing mga kategorya.

Ang sulundon nga sirkito sa pagmaneho alang sa high-power nga MOSFET switching nga mga aparato kinahanglan nga makab-ot ang mga musunud nga kinahanglanon:

(1) Sa diha nga ang power switching tube gi-on, ang driving circuit makahatag sa usa ka paspas nga pagtaas sa base nga kasamtangan, aron adunay igo nga gahum sa pagdrayb kung kini gi-on, sa ingon makunhuran ang pagkawala sa turn-on.

(2) Atol sa switching tube conduction, ang base nga kasamtangan nga gihatag sa MOSFET driver circuit makaseguro nga ang power tube anaa sa saturated conduction state ubos sa bisan unsang load condition, pagsiguro nga medyo ubos nga conduction loss. Aron makunhuran ang oras sa pagtipig, ang aparato kinahanglan naa sa usa ka kritikal nga kahimtang sa saturation sa wala pa pagsira.

(3) pagsira, ang drive circuit kinahanglan nga maghatag igo nga reverse base drive aron dali nga makuha ang nahabilin nga mga carrier sa base nga rehiyon aron makunhuran ang oras sa pagtipig; ug idugang ang reverse bias cutoff boltahe, aron ang kolektor sa kasamtangan nga mahulog paspas sa pagpakunhod sa landing panahon. Siyempre, ang pagsira sa thyristor nag-una gihapon sa reverse anode boltahe nga drop aron makompleto ang pagsira.

Sa pagkakaron, ang thyristor drive uban sa usa ka ikatandi nga gidaghanon sa lang pinaagi sa transformer o optocoupler isolation aron sa pagbulag sa ubos nga boltahe katapusan ug taas nga boltahe katapusan, ug unya pinaagi sa conversion sirkito sa pagmaneho sa thyristor conduction. Sa IGBT alang sa kasamtangan nga paggamit sa dugang IGBT drive module, apan usab integrated IGBT, sistema sa kaugalingon-maintenance, self-diagnosis ug uban pang mga functional modules sa IPM.

Niini nga papel, alang sa thyristor nga among gigamit, pagdesinyo sa experimental drive circuit, ug ihunong ang tinuod nga pagsulay aron pamatud-an nga kini makamaneho sa thyristor. Sama sa alang sa drive sa IGBT, kini nga papel nag-una nga nagpaila sa kasamtangan nga mga nag-unang matang sa IGBT drive, ingon man ang ilang katugbang nga drive circuit, ug ang labing kasagarang gigamit nga optocoupler isolation drive aron mapahunong ang simulation experiment.

2. Thyristor drive circuit pagtuon sa kinatibuk-ang thyristor operating kondisyon mao ang:

(1) ang thyristor midawat sa reverse anode boltahe, sa walay pagtagad sa ganghaan modawat unsa nga matang sa boltahe, ang thyristor anaa sa off estado.

(2) Thyristor modawat sa unahan anode boltahe, lamang sa kaso sa ganghaan modawat sa usa ka positibo nga boltahe sa thyristor sa.

(3) Thyristor sa conduction kondisyon, lamang sa usa ka positibo nga anode boltahe, sa walay pagtagad sa ganghaan boltahe, ang thyristor miinsister sa conduction, nga mao, human sa thyristor conduction, ang ganghaan nawala. (4) thyristor sa conduction kahimtang, sa diha nga ang nag-unang sirkito boltahe (o kasamtangan) mikunhod ngadto sa duol sa zero, ang thyristor shutdown. Gipili namon ang thyristor mao ang TYN1025, ang boltahe nga makasukol niini mao ang 600V hangtod 1000V, karon hangtod sa 25A. kini nagkinahanglan sa ganghaan drive boltahe mao ang 10V ngadto sa 20V, drive kasamtangan mao ang 4mA ngadto sa 40mA. ug ang kasamtangan nga pagmentinar niini mao ang 50mA, ang kasamtangan nga makina mao ang 90mA. bisan DSP o CPLD trigger signal amplitude basta 5V. Una sa tanan, basta ang amplitude sa 5V ngadto sa 24V, ug unya pinaagi sa usa ka 2:1 isolation transformer aron ma-convert ang 24V trigger signal ngadto sa 12V trigger signal, samtang makompleto ang function sa ibabaw ug ubos nga boltahe nga isolation.

Eksperimental nga laraw sa sirkito ug pagtuki

Una sa tanan, ang boost circuit, tungod sa isolation transformer circuit sa likod nga yugto saMOSFETdevice nagkinahanglan 15V trigger signal, mao nga ang panginahanglan sa una nga amplitude 5V trigger signal ngadto sa usa ka 15V trigger signal, pinaagi sa MC14504 5V signal, nakabig ngadto sa usa ka 15V signal, ug unya pinaagi sa CD4050 sa output sa 15V drive signal paghulma, channel 2 konektado sa 5V input signal, channel 1 konektado sa output Channel 2 konektado sa 5V input signal, Ang channel 1 konektado sa output sa 15V trigger signal.

Ang ikaduhang bahin mao ang isolation transformer circuit, ang nag-unang function sa sirkito mao ang: ang 15V trigger signal, nakabig ngadto sa usa ka 12V trigger signal sa pag-trigger sa likod sa thyristor conduction, ug sa pagbuhat sa 15V trigger signal ug ang gilay-on tali sa likod. entablado.

Ang prinsipyo sa pagtrabaho sa sirkito mao ang: tungod saMOSFETIRF640 drive boltahe sa 15V, mao nga, una sa tanan, sa J1 access sa 15V square wave signal, pinaagi sa resistor R4 konektado sa regulator 1N4746, sa pagkaagi nga ang trigger boltahe mao ang lig-on, apan usab sa paghimo sa trigger boltahe dili kaayo taas. , gisunog ang MOSFET, ug dayon sa MOSFET IRF640 (sa pagkatinuod, kini usa ka switching tube, ang kontrol sa likod nga tumoy sa pag-abli ug pagsira. ang likod nga tumoy sa turn-on ug turn-off), human makontrol ang duty cycle sa drive signal, aron makontrol ang turn-on ug turn-off nga oras sa MOSFET. Sa diha nga ang MOSFET bukas, katumbas sa iyang D-pole yuta, off sa diha nga kini bukas, human sa back-end sirkito katumbas sa 24 V. Ug ang transformer mao ang pinaagi sa boltahe kausaban sa paghimo sa husto nga katapusan sa 12 V output signal . Ang tuo nga tumoy sa transformer konektado sa usa ka rectifier bridge, ug unya ang 12V signal mao ang output gikan sa connector X1.

Mga problema nga nasugatan sa panahon sa eksperimento

Una sa tanan, sa dihang gi-on ang kuryente, ang fuse kalit nga mihuyop, ug sa ulahi sa pagsusi sa sirkito, nahibal-an nga adunay problema sa inisyal nga disenyo sa sirkito. Sa sinugdan, aron mas maayo ang epekto sa iyang switching tube output, ang 24V ground ug 15V ground separation, nga naghimo sa MOSFET's gate G pole nga katumbas sa likod sa S pole gisuspinde, nga miresulta sa sayop nga pag-trigger. Ang pagtambal mao ang pagkonektar sa 24V ug 15V nga yuta nga magkauban, ug pag-usab aron mahunong ang eksperimento, ang sirkito molihok nga normal. Ang koneksyon sa sirkito mao ang normal, apan sa diha nga ang pag-apil sa drive signal, MOSFET kainit, plus drive signal alang sa usa ka yugto sa panahon, ang fuse gihuyop, ug unya idugang ang drive signal, ang fuse direkta nga gihuyop. Susiha ang sirkito nga nakit-an nga ang taas nga lebel sa duty cycle sa drive signal dako kaayo, nga moresulta sa MOSFET turn-on nga panahon taas kaayo. Ang disenyo niini nga sirkito naghimo sa diha nga ang MOSFET bukas, 24V gidugang direkta ngadto sa mga tumoy sa MOSFET, ug wala makadugang sa usa ka kasamtangan nga-limitado resistor, kon ang on-time mao ang taas kaayo sa paghimo sa kasamtangan nga dako kaayo, MOSFET kadaot, ang panginahanglan sa pag-regulate sa siklo sa katungdanan sa signal dili mahimong dako kaayo, kasagaran sa 10% ngadto sa 20% o labaw pa.

2.3 Pagsusi sa drive circuit

Aron mapamatud-an ang posibilidad sa drive circuit, gigamit namon kini sa pagmaneho sa thyristor circuit nga konektado sa serye sa usag usa, ang thyristor sa serye sa usag usa ug dayon anti-parallel, pag-access sa circuit nga adunay inductive reactance, ang suplay sa kuryente mao ang 380V AC boltahe nga tinubdan.

MOSFET niini nga sirkito, ang thyristor Q2, Q8 trigger signal pinaagi sa G11 ug G12 access, samtang Q5, Q11 trigger signal pinaagi sa G21, G22 access. Sa wala pa madawat ang signal sa drive sa lebel sa ganghaan sa thyristor, aron mapauswag ang abilidad sa anti-interference sa thyristor, ang ganghaan sa thyristor konektado sa usa ka resistor ug kapasitor. Kini nga sirkito konektado sa inductor ug dayon ibutang sa main circuit. Human makontrol ang anggulo sa conduction sa thyristor aron makontrol ang dako nga inductor sa main circuit nga oras, ang ibabaw ug ubos nga mga sirkito sa anggulo sa hugna sa kalainan sa trigger signal sa tunga sa usa ka siklo, ang ibabaw nga G11 ug G12 usa ka trigger signal sa tanan nga paagi. pinaagi sa drive circuit sa atubangan nga yugto sa isolation transformer nahimulag gikan sa usag usa, ang ubos nga G21 ug G22 usab nahimulag gikan sa samang paagi sa signal. Ang duha ka trigger signal nagpalihok sa anti-parallel thyristor circuit positibo ug negatibo nga conduction, sa ibabaw sa 1 channel konektado sa tibuok thyristor circuit boltahe, sa thyristor conduction kini mahimong 0, ug 2, 3 channel konektado sa thyristor circuit pataas ug paubos ang dalan trigger signal, ang 4 channel gisukod sa dagan sa tibuok thyristor kasamtangan.

2 channel gisukod sa usa ka positibo nga trigger signal, triggered sa ibabaw sa thyristor conduction, ang kasamtangan mao ang positibo; 3 channel gisukod sa usa ka reverse trigger signal, triggering sa ubos nga sirkito sa thyristor conduction, ang kasamtangan nga negatibo.

3.IGBT drive circuit sa seminar IGBT drive circuit adunay daghang espesyal nga mga hangyo, gisumada:

(1) pagmaneho sa rate sa pagtaas ug pagkahulog sa boltahe nga pulso kinahanglan nga igo nga dako. igbt turn on, ang nag-unang ngilit sa titip nga boltahe sa ganghaan gidugang sa ganghaan G ug emitter E taliwala sa ganghaan, aron kini dali nga ma-on aron maabot ang labing kadali nga oras sa pagliko aron makunhuran ang mga pagkawala sa turn. Sa IGBT shutdown, ang ganghaan drive sirkito kinahanglan nga mohatag sa IGBT landing ngilit mao ang kaayo titip shutdown boltahe, ug ngadto sa IGBT ganghaan G ug emitter E sa taliwala sa mga angay nga reverse bias boltahe, sa pagkaagi nga ang IGBT paspas shutdown, mub-an ang shutdown panahon, pagpakunhod ang pagkawala sa pagsira.

(2) Human sa IGBT conduction, ang drive boltahe ug kasamtangan nga gihatag sa gate drive circuit kinahanglan nga igo nga amplitude alang sa IGBT drive boltahe ug kasamtangan, aron ang gahum nga output sa IGBT kanunay sa usa ka saturated nga estado. Ang lumalabay nga overload, ang gahum sa pagmaneho nga gihatag sa gate drive circuit kinahanglan nga igo aron masiguro nga ang IGBT dili mogawas sa saturation nga rehiyon ug makadaot.

(3) IGBT gate drive circuit kinahanglan nga maghatag IGBT positibo nga drive boltahe sa pagkuha sa angay nga bili, ilabi na sa short-circuit operating proseso sa mga ekipo nga gigamit sa IGBT, ang positibo nga drive boltahe kinahanglan nga mapili sa minimum nga bili nga gikinahanglan. Ang pagbalhin sa aplikasyon sa boltahe sa ganghaan sa IGBT kinahanglan nga 10V ~ 15V alang sa labing kaayo.

(4) IGBT shutdown nga proseso, ang negatibo nga bias boltahe nga gigamit sa taliwala sa mga ganghaan - emitter mao ang conducive sa paspas nga shutdown sa IGBT, apan dili kinahanglan nga gikuha nga dako kaayo, ordinaryo nga pagkuha -2V sa -10V.

(5) sa kaso sa dagkong mga inductive load, ang kusog kaayo nga switching makadaot, dako nga inductive load sa IGBT paspas nga turn-on ug turn-off, makahimo og high-frequency ug taas nga amplitude ug pig-ot nga gilapdon sa spike voltage Ldi / dt , ang spike dili dali nga masuhop, dali nga maporma ang kadaot sa aparato.

(6) Ingon nga ang IGBT gigamit sa taas nga boltahe nga mga lugar, mao nga ang drive circuit kinahanglan nga adunay tibuuk nga control circuit sa potensyal sa grabe nga pag-inusara, ang ordinaryo nga paggamit sa high-speed optical coupling isolation o transformer coupling isolation.

Status sa sirkito sa pagmaneho

Uban sa pag-uswag sa integrated nga teknolohiya, ang kasamtangan nga IGBT gate drive circuit kasagaran kontrolado sa integrated chips. Ang control mode sa gihapon nag-una sa tulo ka mga matang:

(1) direct triggering type walay electrical isolation tali sa input ug output signal.

(2) transformer isolation drive tali sa input ug output signal gamit ang pulse transformer isolation, isolation voltage level hangtod sa 4000V.

Adunay 3 nga mga pamaagi sama sa mosunod

Passive approach: ang output sa secondary transformer gigamit sa direktang pagmaneho sa IGBT, tungod sa mga limitasyon sa volt-second equalization, kini magamit lamang sa mga dapit diin ang duty cycle dili kaayo mausab.

Aktibo nga pamaagi: ang transformer naghatag lamang og hilit nga mga signal, sa secondary plastic amplifier circuit sa pagmaneho sa IGBT, drive waveform mas maayo, apan ang panginahanglan sa paghatag og bulag nga auxiliary power.

Pamaagi sa pag-supply sa kaugalingon: gigamit ang pulse transformer sa pagpasa sa kusog sa pagmaneho ug high-frequency modulation ug demodulation nga teknolohiya alang sa pagpasa sa mga signal sa logic, gibahin sa modulation-type nga self-supply approach ug time-sharing technology self-supply, diin ang modulasyon -type ang gahum sa kaugalingon nga suplay sa tulay sa rectifier aron makamugna ang gikinahanglan nga suplay sa kuryente, high-frequency modulation ug demodulation nga teknolohiya aron ipadala ang mga signal sa logic.

3. Kontaka ug kalainan tali sa thyristor ug IGBT drive

Ang Thyristor ug IGBT drive circuit adunay kalainan tali sa parehas nga sentro. Una sa tanan, ang duha ka drive circuits gikinahanglan nga ihimulag ang switching device ug ang control circuit gikan sa usag usa, aron malikayan ang high-voltage circuits nga adunay epekto sa control circuit. Unya, ang duha gipadapat sa gate drive signal aron ma-trigger ang switching device. Ang kalainan mao nga ang thyristor drive nanginahanglan usa ka kasamtangan nga signal, samtang ang IGBT nanginahanglan usa ka signal sa boltahe. Human sa switching device conduction, ang ganghaan sa thyristor nawad-an og kontrol sa paggamit sa thyristor, kung gusto nimo nga i-shut down ang thyristor, ang thyristor terminals kinahanglan nga idugang sa reverse boltahe; ug IGBT shutdown kinahanglan lang idugang sa ganghaan sa negatibo nga boltahe sa pagmaneho, aron masira ang IGBT.

4. Panapos

Kini nga papel nag-una nga gibahin ngadto sa duha ka bahin sa asoy, ang unang bahin sa thyristor drive circuit hangyo sa paghunong sa asoy, ang disenyo sa katugbang nga drive circuit, ug ang disenyo sa sirkito gipadapat sa praktikal nga thyristor circuit, pinaagi sa simulation ug eksperimento aron pamatud-an ang posibilidad sa drive circuit, ang eksperimento nga proseso nga nasugatan sa pagtuki sa mga problema mihunong ug giatubang. Ang ikaduha nga bahin sa mga nag-unang diskusyon sa IGBT sa hangyo sa drive sirkito, ug sa niini nga basehan sa dugang nga pagpaila sa kasamtangan nga kasagarang gigamit IGBT drive sirkito, ug ang nag-unang optocoupler isolation drive sirkito sa paghunong sa simulation ug eksperimento, sa pagpamatuod sa feasibility sa drive circuit.