Ano ang prinsipyo ng drive circuit ng isang high power MOSFET?

Ang parehong high-power MOSFET, ang paggamit ng iba't ibang mga drive circuit ay makakakuha ng iba't ibang mga katangian ng paglipat. Ang paggamit ng mahusay na pagganap ng drive circuit ay maaaring gawing gumagana ang power switching device sa isang relatibong perpektong estado ng paglipat, habang pinaikli ang oras ng paglipat, binabawasan ang mga pagkalugi sa paglipat, ang pag-install ng kahusayan sa pagpapatakbo, pagiging maaasahan at kaligtasan ay may malaking kahalagahan. Samakatuwid, ang mga pakinabang at disadvantages ng drive circuit ay direktang nakakaapekto sa pagganap ng pangunahing circuit, ang rasyonalisasyon ng disenyo ng drive circuit ay lalong mahalaga. Thyristor maliit na sukat, magaan ang timbang, mataas na kahusayan, mahabang buhay, madaling gamitin, ay madaling ihinto ang rectifier at inverter, at hindi maaaring baguhin ang circuit istraktura sa ilalim ng premise ng pagbabago ng laki ng rectifier o inverter kasalukuyang.IGBT ay isang composite aparato ngMOSFETat GTR, na may mga katangian ng mabilis na bilis ng paglipat, mahusay na thermal stability, maliit na kapangyarihan sa pagmamaneho at simpleng drive circuit, at may mga pakinabang ng maliit na on-state na pagbaba ng boltahe, mataas na makatiis na boltahe at mataas na pagtanggap ng kasalukuyang. Ang IGBT bilang pangunahing power output device, lalo na sa mga lugar na may mataas na kapangyarihan, ay karaniwang ginagamit sa iba't ibang kategorya.

Ang perpektong driving circuit para sa mga high-power na MOSFET switching device ay dapat matugunan ang mga sumusunod na kinakailangan:

(1) Kapag ang power switching tube ay naka-on, ang driving circuit ay maaaring magbigay ng mabilis na pagtaas ng base current, upang mayroong sapat na kapangyarihan sa pagmamaneho kapag ito ay naka-on, kaya nababawasan ang turn-on loss.

(2) Sa panahon ng pagpapadaloy ng switching tube, masisiguro ng base current na ibinigay ng MOSFET driver circuit na ang power tube ay nasa saturated conduction state sa ilalim ng anumang kondisyon ng pagkarga, na tinitiyak na medyo mababa ang conduction loss. Upang mabawasan ang oras ng pag-iimbak, ang device ay dapat nasa isang kritikal na estado ng saturation bago i-shutdown.

(3) shutdown, ang drive circuit ay dapat magbigay ng sapat na reverse base drive upang mabilis na ilabas ang natitirang mga carrier sa base na rehiyon upang mabawasan ang oras ng imbakan; at magdagdag ng reverse bias cutoff boltahe, upang ang kasalukuyang kolektor ay bumaba nang mabilis upang mabawasan ang oras ng landing. Siyempre, ang pag-shutdown ng thyristor ay pangunahin pa rin sa pamamagitan ng reverse anode voltage drop upang makumpleto ang shutdown.

Sa kasalukuyan, ang thyristor drive na may maihahambing na bilang ng sa pamamagitan lamang ng transpormer o optocoupler na paghihiwalay upang paghiwalayin ang mababang boltahe na dulo at mataas na boltahe na dulo, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng conversion circuit upang himukin ang thyristor conduction. Sa IGBT para sa kasalukuyang paggamit ng mas maraming IGBT drive module, ngunit isinama din ang IGBT, system self-maintenance, self-diagnosis at iba pang functional modules ng IPM.

Sa papel na ito, para sa thyristor na ginagamit namin, magdisenyo ng experimental drive circuit, at itigil ang tunay na pagsubok para patunayan na kaya nitong magmaneho ng thyristor. Tulad ng para sa drive ng IGBT, ang papel na ito ay pangunahing nagpapakilala sa kasalukuyang mga pangunahing uri ng IGBT drive, pati na rin ang kanilang kaukulang drive circuit, at ang pinakakaraniwang ginagamit na optocoupler isolation drive upang ihinto ang simulation experiment.

2. Thyristor drive circuit study sa pangkalahatan ang thyristor operating condition ay:

(1) tinatanggap ng thyristor ang reverse anode boltahe, anuman ang tinatanggap ng gate kung anong uri ng boltahe, ang thyristor ay nasa off state.

(2) Tumatanggap ang Thyristor ng forward anode na boltahe, kapag ang gate ay tumatanggap ng positibong boltahe, naka-on ang thyristor.

(3) Thyristor sa pagpapadaloy kondisyon, lamang ng isang tiyak na positibong anode boltahe, anuman ang gate boltahe, ang thyristor insisted sa pagpapadaloy, iyon ay, pagkatapos ng thyristor pagpapadaloy, ang gate ay nawala. (4) thyristor sa pagpapadaloy kondisyon, kapag ang pangunahing circuit boltahe (o kasalukuyang) nabawasan sa malapit sa zero, ang thyristor shutdown. Pinipili namin ang thyristor ay TYN1025, ang makatiis na boltahe nito ay 600V hanggang 1000V, kasalukuyang hanggang 25A. ito ay nangangailangan ng gate drive boltahe ay 10V sa 20V, drive kasalukuyang ay 4mA sa 40mA. at ang kasalukuyang maintenance nito ay 50mA, ang kasalukuyang engine ay 90mA. alinman sa DSP o CPLD trigger signal amplitude hangga't 5V. Una sa lahat, hangga't ang amplitude ng 5V sa 24V, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng 2:1 isolation transpormer upang i-convert ang 24V trigger signal sa isang 12V trigger signal, habang kinukumpleto ang function ng upper at lower boltahe paghihiwalay.

Eksperimental na disenyo at pagsusuri ng circuit

Una sa lahat, ang boost circuit, dahil sa paghihiwalay ng transpormer circuit sa likod na yugto ngMOSFETaparato ay nangangailangan ng 15V trigger signal, kaya ang kailangan upang unang amplitude 5V trigger signal sa isang 15V trigger signal, sa pamamagitan ng MC14504 5V signal, na-convert sa isang 15V signal, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng CD4050 sa output ng 15V drive signal humuhubog, channel 2 ay konektado sa 5V input signal, channel 1 ay konektado sa output Channel 2 ay konektado sa 5V input signal, Ang channel 1 ay konektado sa output ng 15V trigger signal.

Ang pangalawang bahagi ay ang isolation transpormer circuit, ang pangunahing pag-andar ng circuit ay: ang 15V trigger signal, na-convert sa isang 12V trigger signal upang ma-trigger ang likod ng thyristor conduction, at gawin ang 15V trigger signal at ang distansya sa pagitan ng likod. entablado.

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng circuit ay: dahil saMOSFETIRF640 drive boltahe ng 15V, kaya, una sa lahat, sa J1 access sa 15V square wave signal, sa pamamagitan ng risistor R4 konektado sa regulator 1N4746, upang ang trigger boltahe ay matatag, ngunit din upang gawin ang trigger boltahe ay hindi masyadong mataas , sinunog ang MOSFET, at pagkatapos ay sa MOSFET IRF640 (sa katunayan, ito ay isang switching tube, ang kontrol ng likod na dulo ng pagbubukas at pagsasara. Kontrolin sa likod na dulo ng turn-on at turn-off), pagkatapos makontrol ang duty cycle ng drive signal, upang makontrol ang turn-on at turn-off time ng MOSFET. Kapag ang MOSFET ay bukas, katumbas ng D-pole ground nito, patayin kapag ito ay bukas, pagkatapos ng back-end circuit na katumbas ng 24 V. At ang transpormer ay sa pamamagitan ng pagbabago ng boltahe upang gawin ang kanang dulo ng 12 V output signal . Ang kanang dulo ng transpormer ay konektado sa isang rectifier bridge, at pagkatapos ay ang 12V signal ay output mula sa connector X1.

Mga problemang naranasan sa panahon ng eksperimento

Una sa lahat, kapag ang kapangyarihan ay naka-on, ang fuse ay biglang humihip, at nang maglaon nang suriin ang circuit, nalaman na may problema sa paunang disenyo ng circuit. Sa una, para mas mapahusay ang epekto ng switching tube output nito, ang 24V ground at 15V ground separation, na ginagawang katumbas ng MOSFET's gate G pole sa likod ng S pole, na nagreresulta sa false triggering. Ang paggamot ay upang ikonekta ang 24V at 15V ground nang magkasama, at muli upang ihinto ang eksperimento, gumagana nang normal ang circuit. Ang koneksyon ng circuit ay normal, ngunit kapag nakikilahok sa drive signal, MOSFET init, kasama ang drive signal para sa isang tagal ng panahon, ang fuse ay tinatangay ng hangin, at pagkatapos ay idagdag ang drive signal, ang fuse ay direktang hinipan. Suriin ang circuit na natagpuan na ang mataas na antas ng duty cycle ng drive signal ay masyadong malaki, na nagreresulta sa MOSFET turn-on time ay masyadong mahaba. Ang disenyo ng circuit na ito ay gumagawa kapag ang MOSFET bukas, 24V idinagdag nang direkta sa mga dulo ng MOSFET, at hindi nagdagdag ng kasalukuyang-limitadong risistor, kung ang on-time ay masyadong mahaba upang gawin ang kasalukuyang ay masyadong malaki, MOSFET pinsala, ang pangangailangan upang ayusin ang duty cycle ng signal ay hindi maaaring masyadong malaki, sa pangkalahatan ay nasa 10% hanggang 20% ​​o higit pa.

2.3 Pag-verify ng drive circuit

Upang ma-verify ang pagiging posible ng drive circuit, ginagamit namin ito upang himukin ang thyristor circuit na konektado sa serye sa bawat isa, ang thyristor sa serye sa bawat isa at pagkatapos ay anti-parallel, access sa circuit na may inductive reactance, ang power supply ay 380V AC boltahe pinagmulan.

MOSFET sa circuit na ito, ang thyristor Q2, Q8 trigger signal sa pamamagitan ng G11 at G12 access, habang Q5, Q11 trigger signal sa pamamagitan ng G21, G22 access. Bago matanggap ang signal ng drive sa antas ng thyristor gate, upang mapabuti ang kakayahan ng thyristor na anti-interference, ang gate ng thyristor ay konektado sa isang risistor at kapasitor. Ang circuit na ito ay konektado sa inductor at pagkatapos ay ilagay sa pangunahing circuit. Matapos kontrolin ang anggulo ng pagpapadaloy ng thyristor upang makontrol ang malaking inductor sa pangunahing oras ng circuit, ang upper at lower circuits ng phase angle ng trigger signal difference ng kalahating cycle, ang upper G11 at G12 ay isang trigger signal sa lahat ng paraan sa pamamagitan ng drive circuit ng front stage ng isolation transpormer ay nakahiwalay sa isa't isa, ang mas mababang G21 at G22 ay nakahiwalay din sa parehong paraan ng signal. Ang dalawang trigger signal ay nag-trigger ng anti-parallel thyristor circuit na positibo at negatibong pagpapadaloy, sa itaas ng 1 channel ay konektado sa buong thyristor circuit boltahe, sa thyristor conduction ito ay nagiging 0, at 2, 3 channel ay konektado sa thyristor circuit pataas at pababa ang mga signal ng trigger ng kalsada, ang 4 na channel ay sinusukat ng daloy ng buong kasalukuyang thyristor.

2 channel sinusukat ang isang positibong trigger signal, na-trigger sa itaas ng thyristor pagpapadaloy, ang kasalukuyang ay positibo; Sinusukat ng 3 channel ang isang reverse trigger signal, na nagpapalitaw sa mas mababang circuit ng pagpapadaloy ng thyristor, ang kasalukuyang ay negatibo.

3.IGBT drive circuit ng seminar IGBT drive circuit ay may maraming mga espesyal na kahilingan, summarized:

(1) drive ang rate ng pagtaas at pagbaba ng boltahe pulse ay dapat na sapat na malaki. igbt i-on, ang nangungunang gilid ng matarik na boltahe ng gate ay idinagdag sa gate G at emitter E sa pagitan ng gate, upang mabilis itong i-on upang maabot ang pinakamaikling oras ng pagliko upang mabawasan ang mga pagkalugi sa pag-on. Sa IGBT shutdown, ang gate drive circuit ay dapat magbigay ng IGBT landing edge ay napaka matarik shutdown boltahe, at sa IGBT gate G at emitter E sa pagitan ng naaangkop na reverse bias boltahe, kaya na ang IGBT mabilis shutdown, paikliin ang shutdown oras, bawasan ang pagkawala ng shutdown.

(2) Pagkatapos ng IGBT conduction, ang drive voltage at current na ibinigay ng gate drive circuit ay dapat sapat na amplitude para sa IGBT drive voltage at current, upang ang power output ng IGBT ay palaging nasa saturated state. Ang pansamantalang labis na karga, ang lakas sa pagmamaneho na ibinigay ng circuit ng gate drive ay dapat sapat upang matiyak na ang IGBT ay hindi lalabas sa saturation region at pinsala.

(3) IGBT gate drive circuit ay dapat magbigay ng IGBT positibong drive boltahe upang kunin ang naaangkop na halaga, lalo na sa short-circuit operating proseso ng kagamitan na ginamit sa IGBT, ang positibong drive boltahe ay dapat na napili sa minimum na halaga na kinakailangan. Ang paglipat ng aplikasyon ng boltahe ng gate ng IGBT ay dapat na 10V ~ 15V para sa pinakamahusay.

(4) IGBT shutdown proseso, ang negatibong bias boltahe inilapat sa pagitan ng mga gate - emitter ay kaaya-aya sa mabilis na shutdown ng IGBT, ngunit hindi dapat kinuha masyadong malaki, ordinaryong tumagal -2V sa -10V.

(5) sa kaso ng malalaking inductive load, ang masyadong mabilis na paglipat ay nakakapinsala, ang malalaking inductive load sa IGBT na mabilis na pag-on at pag-off, ay magbubunga ng high-frequency at mataas na amplitude at makitid na lapad ng spike voltage Ldi / dt , ang spike ay hindi madaling sumipsip, madaling bumuo ng pinsala sa device.

(6) Bilang ang IGBT ay ginagamit sa mataas na boltahe na lugar, kaya ang drive circuit ay dapat na kasama ang buong control circuit sa potensyal ng malubhang paghihiwalay, ang ordinaryong paggamit ng high-speed optical pagkabit paghihiwalay o transpormador pagkabit paghihiwalay.

Status ng drive circuit

Sa pag-unlad ng pinagsamang teknolohiya, ang kasalukuyang IGBT gate drive circuit ay halos kinokontrol ng integrated chips. Ang control mode ay higit sa lahat ay tatlong uri:

(1) direct triggering type walang electrical isolation sa pagitan ng input at output signal.

(2) transpormer paghihiwalay drive sa pagitan ng input at output signal gamit ang pulso transpormer paghihiwalay, paghihiwalay boltahe antas ng hanggang sa 4000V.

Mayroong 3 diskarte tulad ng sumusunod

Passive na diskarte: ang output ng pangalawang transpormer ay ginagamit upang direktang itaboy ang IGBT, dahil sa mga limitasyon ng bolta-segundong equalization, ito ay naaangkop lamang sa mga lugar kung saan ang duty cycle ay hindi gaanong nagbabago.

Aktibong paraan: ang transpormer ay nagbibigay lamang ng nakahiwalay na mga signal, sa pangalawang plastic amplifier circuit upang himukin ang IGBT, drive waveform ay mas mahusay, ngunit ang pangangailangan upang magbigay ng hiwalay na auxiliary power.

Paraan ng self-supply: ginagamit ang pulse transformer upang magpadala ng parehong drive energy at high-frequency modulation at demodulation na teknolohiya para sa pagpapadala ng mga logic signal, nahahati sa modulation-type na self-supply approach at time-sharing technology self-supply, kung saan ang modulation -type ang self-supply power sa rectifier bridge upang makabuo ng kinakailangang power supply, high-frequency modulation at demodulation na teknolohiya upang magpadala ng mga logic signal.

3. Contact at pagkakaiba sa pagitan ng thyristor at IGBT drive

Ang Thyristor at IGBT drive circuit ay may pagkakaiba sa pagitan ng magkatulad na sentro. Una sa lahat, ang dalawang drive circuit ay kinakailangan upang ihiwalay ang switching device at ang control circuit mula sa isa't isa, upang maiwasan ang mataas na boltahe na circuit ay may epekto sa control circuit. Pagkatapos, parehong inilapat sa signal ng gate drive upang ma-trigger ang switching device sa. Ang pagkakaiba ay ang thyristor drive ay nangangailangan ng isang kasalukuyang signal, habang ang IGBT ay nangangailangan ng isang boltahe signal. Pagkatapos ng pagpapadaloy ng switching device, ang gate ng thyristor ay nawalan ng kontrol sa paggamit ng thyristor, kung gusto mong i-shut down ang thyristor, ang mga terminal ng thyristor ay dapat idagdag sa reverse boltahe; at IGBT shutdown ay kailangan lamang idagdag sa gate ng negatibong boltahe sa pagmamaneho, upang isara ang IGBT.

4. Konklusyon

Ang papel na ito ay pangunahing nahahati sa dalawang bahagi ng salaysay, ang unang bahagi ng thyristor drive circuit ay humiling na ihinto ang salaysay, ang disenyo ng kaukulang drive circuit, at ang disenyo ng circuit ay inilapat sa praktikal na thyristor circuit, sa pamamagitan ng simulation at eksperimento upang patunayan ang pagiging posible ng drive circuit, ang eksperimentong proseso na nakatagpo sa pag-aaral ng mga problema ay tumigil at hinarap. Ang pangalawang bahagi ng pangunahing talakayan sa IGBT sa kahilingan ng drive circuit, at sa batayan na ito upang higit pang ipakilala ang kasalukuyang karaniwang ginagamit na IGBT drive circuit, at ang pangunahing optocoupler isolation drive circuit upang ihinto ang simulation at eksperimento, upang patunayan ang pagiging posible ng drive circuit.