Aplikácia výkonového elektronického zariadenia IGBT
Sme veľká tlačiarenská spoločnosť v Shenzhen Číne. Ponúkame všetky knižné publikácie, tlač kníh v tvrdých väzbách, potlač kníh v papierovej, papierovej, papierovej forme, notebook, tlač kníh, tlač kníh, tlač kníh, tlač brožúr, balenie krabíc, kalendáre, všetky druhy PVC, brožúry, poznámky, detské knihy, samolepky, všetko druhy špeciálnych papierových tlačiarenských výrobkov, hracích kariet a tak ďalej.
Viac informácií nájdete na stránke
http://www.joyful-printing.com. Len ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
email: info@joyful-printing.net
IGBTs sú široko používané vo výkonových elektronických zariadeniach reprezentovaných striedačmi a rôznymi typmi napájacích zdrojov. IGBT kombinuje výhody bipolárnych výkonových tranzistorov a výkonových MOSFETov a má výhody regulácie napätia, veľkej vstupnej impedancie, malého hnacieho výkonu, jednoduchého riadiaceho obvodu, malých spínacích strát, rýchlej spínacej rýchlosti a vysokej prevádzkovej frekvencie.
IGBT však, podobne ako iné výkonové elektroniky, závisia od podmienok obvodu a spínacích prostredí. Preto je riadiacim a ochranným obvodom IGBT obtiažnosť a zameranie dizajnu obvodov a je kľúčovým spojením celej prevádzky zariadenia.
1 Prevádzkové charakteristiky IGBT
IGBT je riadiace zariadenie napäťového typu, ktoré vyžaduje veľmi malý prúd pohonu a hnací výkon a môže byť priamo pripojené k analógovému alebo digitálnemu funkčnému bloku bez akéhokoľvek prídavného rozhrania. Zapnutie a vypnutie IGBT je riadené napätím hradla UGE. Keď je UGE väčšie ako zapínacie napätie UGE (th), IGBT sa zapne. Keď je medzi bránou a vysielačom aplikovaný spätný signál alebo žiadny signál, IGBT sa vypne. Prerušené.
Podobne ako obyčajný tranzistor, aj IGBT môže pracovať v oblasti lineárneho zosilnenia, oblasti nasýtenia a hraničnej oblasti a používa sa hlavne ako spínacie zariadenie. V obvode pohonu sa prevažne skúmajú stavy nasýtenia zapínania a vypínania IGBT, takže nábežná nábežná hrana a vypínacia hrana sú strmé.
2 Požiadavky na obvod IGBT
Pri navrhovaní vodiča IGBT sa musia dodržiavať nasledujúce body.
1) Veľkosť vstupného hnacieho napätia brány bude mať významný vplyv na výkon obvodu a musí byť zvolená správne. Keď sa zvýši hnacie napätie vpred, odpor pri zapnutí IGBT sa zníži, takže sa zníži strata pri zapnutí. Ak je však predné hnacie napätie príliš veľké, skratový prúd IC sa zvyšuje s UGE, keď je záťaž skratovaná, čo môže spôsobiť, že IGBT má prídržný účinok, čo vedie k zlyhaniu brány. Výsledkom je poškodenie IGBT; ak je hnacie napätie vpred príliš malé, IGBT opustí oblasť vedenia nasýtenia a vstúpi do oblasti lineárneho zosilnenia, čo spôsobí prehriatie a poškodenie IGBT; pri použití je výhodné 12V
2) Rýchle zapnutie a vypnutie IGBT je výhodné pre zvýšenie prevádzkovej frekvencie a zníženie spínacích strát. Frekvencia spínania IGBT by však nemala byť príliš veľká pri veľkých indukčných zaťaženiach, pretože vysokorýchlostné zapínanie a vypínanie má za následok vysoké špičkové napätie, ktoré môže spôsobiť rozbitie IGBT alebo iných komponentov.
3) Voľba vhodného odporového odporu RG a hradlového kapacitného odporu CG je dôležitá pre riadenie IGBT. RG je malý, časová konštanta vybíjania náboja medzi hradlovými žiaričmi je relatívne malá, čo spôsobí veľký prúd pri zapnutí, ktorý poškodí IGBT; RG je väčší, čo je výhodné pre potlačenie dvce / dt, ale zvýši spínací čas a spínaciu stratu IGBT. , Vhodné CG je dobré pre potlačenie dic / dt, CG je príliš veľké a čas zapnutia je oneskorený. Ak je CG príliš malé, účinok potlačenia dic / dt nie je zrejmý.
4) Keď je IGBT vypnuté, napätie hradlo-emitor je ľahko narušené parazitnými parametrami IGBT a obvodu, čo spôsobuje, že napätie hradlo-emitor spôsobuje, že zariadenie je chybne vodivé. Aby sa tomu zabránilo, môže byť medzi bránami zapojený paralelne odpor. Okrem toho, v praktických aplikáciách, aby sa zabránilo vysokonapäťovým hrotom v riadiacom obvode brány, je vhodnejšie pripojiť dve Zenerove diódy s reverznou sériou paralelne medzi mriežkami a hodnota regulácie napätia by mala byť rovnaká ako kladná a záporná. napätie brány.
3 Obvod pohonu HCPL-316J
3.1 Vnútorná štruktúra a pracovný princíp HCPL-316J
Ak má IGBT signál nadprúdu (kolík 14 deteguje napätie na kolektore IGBT = 7V) a signál vstupného pohonu je naďalej aplikovaný na pin 1, signál podpätia je nízky a výstup B je nízky, tretí -level Darlington Rúrka je vypnutá, 1 × DMOS je zapnutá a napätie medzi bránami IGBT pomaly klesá, aby sa dosiahlo pomalé klesajúce hradlové napätie. Keď VOUT = 2V, to znamená, že výstup VOUT vydá nízku úroveň, bod C sa stane nízkou úrovňou, bod B je vysoká úroveň, zapne sa 50 × DMOS a pole IGBT brány sa rýchlo vybije. Signál na poruchovej linke prechádza cez optočlen a potom prechádza cez klopný obvod RS a výstup Q je vysoký, takže vstupný optočlen je zablokovaný. Rovnako je možné analyzovať situáciu len podpätia a situácie podpätia a nadprúdu.
3.2 návrh obvodov pohonu
VIN +, FAULT a RESET na ľavej strane HCPL-316J sú pripojené k mikropočítaču. R7, R8, R9, D5, D6 a C12 poskytujú ochranu vstupu, ktorá zabraňuje poškodeniu IGBT nadmerným vstupným napätím, ale ochranný obvod vygeneruje oneskorenie približne 1 μs, ktoré nie je vhodné na použitie, keď spínacia frekvencia presahuje 100kHz. Q3 je najdôležitejšia blokovacia funkcia. Keď sú obidva signály PWM (rovnaké rameno mostíka) na vysokej úrovni, Q3 sa zapne, čím sa úroveň vstupu zníži tak, aby bol výstup tiež nízky. Blokovacie signály Interlock2 a Interlock2 na obrázku 3 sú pripojené k inému 316J Interlock2 a Interlock1. R1 a C2 hrajú úlohu pri zosilňovaní a filtrovaní chybového signálu. Keď je rušivý signál, mikropočítač môže správne prijať informácie.
Na výstupe sa R5 a C7 vzťahujú na otáčky, pri ktorých je IGBT zapnutý a na spínacie straty. Zvýšenie C7 môže významne znížiť dic / dt. Najprv vypočítajte odpor hradla: kde ION je prúd brány vstreknutý do IGBT, keď je zapnutý. Aby sa IGBT zapol rýchlo, hodnota IONMAX je 20A. Výstupná nízka úroveň VOL = 2v.
C3 je veľmi dôležitý parameter, najdôležitejšie je oneskorenie nabíjania. Keď sa systém rozbehne a čip začne pracovať, pretože napätie na svorke C kolektora IGBT je stále oveľa väčšie ako 7V, ak nie je C3, chybný signál skratovej chyby bude chybne vydaný a výstup bude prerušený. sa priamo vypne. Keď čip pracuje normálne, ak sa napätie kolektora okamžite zvýši, okamžite sa vráti do normálneho stavu. Ak nie je C3, vydá sa chybový signál, aby sa IGBT omylom vypol. Ak je však hodnota C3 príliš veľká, odozva systému bude pomalá a v prípade nasýtenia sa môže IGBT vypáliť v čase oneskorenia a nedosiahne sa správny ochranný účinok. Hodnota C3 je 100pF a oneskorenie je čas
V detekčnom obvode kolektora sú zapojené dve diódy v sérii, ktoré môžu zlepšiť celkové napätie proti spätnému vydržaniu, čím sa zvýši úroveň budiaceho napätia, ale spätná doba zotavenia diódy je malá a každá úroveň spätného výdržného napätia je 1000V. Všeobecne sa vyberie BYV261E a doba spätného obnovenia je 75 ns. Úlohou R4 a C5 je zachovať vlastnosti mäkkého vypnutia HCLP-316J po nadprúdovom signáli. Princípom je, že C5 dosahuje mäkké vypínanie prostredníctvom vybíjania vnútorného MOSFET. Na obrázku 3, výstupné napätie VOUT prechádza cez dva rýchle triode push-pull výstupy, ktoré môžu riadiť prúd až 20A, a môže rýchlo riadiť 1700v, 200-300A IGBTs.
3.3 návrh napájania pohonu
Pri návrhu pohonu je stabilný napájací zdroj zárukou, že IGBT bude fungovať správne. Napájací zdroj využíva konverziu vpred, silnú schopnosť proti rušeniu, žiadny sekundárny induktor filtra a nízku vstupnú impedanciu, takže výstupné napätie napájacieho zdroja je stále stabilné v podmienkach vysokého zaťaženia.
Keď je s zapnuté, na primárnu stranu transformátora je privedené napätie + 12v (pre relatívne stabilné napájanie, vysoká presnosť) a vinutie je pripojené k S a sekundárna strana je usmernená cez energetickú väzbu. Keď sa S vypne, energia jadra sa privedie späť do zdroja energie cez primárnu diódu a jej pripojené vinutie, aby sa dosiahlo resetovanie jadra transformátora. Časovač 555 je pripojený k multivibrátoru. Potenciál pätky 2 a pätky 6 sa mení medzi 4 a 8 v nabíjaním a vybíjaním C1, takže pätka 3 vydáva signál štvorcovej vlny napätia a signál štvorcovej vlny sa používa na riadenie otvorenia S. A vypnutie. + 12v nábojov C1 až R1 a D2, čas nabíjania je t1≈R1C2ln2; čas vybitia t2 = R2C1ln2, pri nabíjaní je na výstupnej úrovni a pri vybíjaní vystupuje nízka úroveň. Preto je pomer cla = t1 / (t1 + t2).
Transformátor je navrhnutý podľa nasledujúcich parametrov: pôvodná strana je pripojená na + 12v, frekvencia je 60kHz a pracovná magnetická indukčná intenzita Bw je O. 15T, sekundárna strana + 15V výstup 2A, -5v výstup 1 A, účinnosť n = 80%, faktor naplnenia okna Km je O. 5. Faktor plnenia jadra Kc je 1 a hustota prúdu drôtu cievky d je 3 A / mm2. Výstupný výkon
PT = (15 + O.6) x 2 x 2 + (5 + O.6) x 1 x 2 = 64W.
Pretože výstupné napätie hnacieho zdroja sa po zaťažení zníži, zvážte zvýšenie frekvencie a pracovného cyklu, aby sa stabilizovalo výstupné napätie v praktických aplikáciách.
4. Záver
Tento dokument navrhuje riadiaci obvod, ktorý môže riadiť 1400V, 200 ~ 300A IGBT. Blokovanie dvoch IGBT (rovnaké mostové rameno) je realizované na hardvéri a je navrhnutý hnací zdroj schopný priamo napájať dva IGBT.
HCPL-316J je možné rozdeliť na dve časti: vstup IC (vľavo) a výstup IC (vpravo). Vstup a výstup môžu plne vyhovovať požiadavkám vysokonapäťového a vysokovýkonného IGBT disku.
Funkcia každého kolíka je nasledovná:
Pin 1 (VIN +) vstupný signál;
Pin 2 (VIN-) spätný vstup signálu;
Pin 3 (VCG1) je pripojený na vstupný zdroj;
Uzemnenie vstupu pin 4 (GND);
Vstup resetovania čipu 5 (RESERT);
Chybový výstup Foot 6 (FAULT), keď sa vyskytne porucha (výstupné podpätie predradeného napätia alebo skrat IGBT), poruchový signál sa vyvedie cez optočlen;
Pin 7 (VLED1 +) testovací kolík optočlenu, odpruženie;
Kolík 8 (VLED1-) je uzemnený;
Kolík 9, pätka 10 (VEE) poskytuje spätné predpätie IGBT;
Pin 11 (VOUT) vydáva signál jednotky na riadenie IGBT;
Nožný 12 (VC) trojstupňový Darlington trubkový kolektorový zdroj;
Kolík 13 (VCC2) poháňa zdroj napätia;
Pin 14 (DESAT) IGBT detekcia skratového prúdu;
Pin 15 (VLED2 +) testovací kolík optočlenu, odpruženie;
Foot 16 (VE) vydáva referenčnú zem.
Ak je VIN + normálne na vstupe, pin 14 nemá nadprúdový signál a VCC2-VE = 12v znamená, že výstupné napätie vpred je normálne, výstupný signál pohonu je na vysokej úrovni a poruchový signál a výstup podpäťového signálu sú nízke. Po prvé, tri signály vstupujú do JP3, D je nízka, B je nízka a 50 × DMOS je vypnutý. V tomto čase sú štyri stavy vstupu JP1 nízke, vysoké, nízke a nízke zhora nadol a vysoký bod bodu A poháňa trojstupňovú Darlingtonovu trubicu, ktorá má byť zapnutá, a IGBT je tiež zapnutý.