Ứng dụng của thiết bị điện tử nguồn IGBT
Chúng tôi là một công ty in ấn lớn ở Thâm Quyến Trung Quốc. Chúng tôi cung cấp tất cả các ấn phẩm sách, in sách bìa cứng, in sách bìa cứng, sổ bìa cứng, in sách sprial, in sách in yên ngựa, in sách nhỏ, hộp đóng gói, lịch, tất cả các loại PVC, tài liệu quảng cáo, ghi chú, sách thiếu nhi, nhãn dán, tất cả các loại sản phẩm in màu giấy đặc biệt, cardand trò chơi như vậy.
Để biết thêm thông tin, vui lòng truy cập
http://www.joyful-printing.com. Chỉ có anh
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
email: info@joyful-printing.net
IGBT được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử công suất được đại diện bởi bộ biến tần và các loại nguồn cung cấp năng lượng khác nhau. IGBT kết hợp các ưu điểm của bóng bán dẫn công suất lưỡng cực và MOSFE công suất, và có các ưu điểm về điều khiển điện áp, trở kháng đầu vào lớn, công suất lái nhỏ, mạch điều khiển đơn giản, tổn thất chuyển mạch nhỏ, tốc độ chuyển mạch nhanh và tần số hoạt động cao.
Tuy nhiên, IGBT, giống như các thiết bị điện tử công suất khác, phụ thuộc vào điều kiện mạch và môi trường chuyển mạch. Do đó, mạch lái xe và bảo vệ của IGBT là khó khăn và trọng tâm của thiết kế mạch, và nó là liên kết chính của toàn bộ hoạt động của thiết bị.
1 đặc điểm hoạt động của IGBT
IGBT là một thiết bị điều khiển loại điện áp, yêu cầu rất ít dòng điện và công suất ổ đĩa và có thể được kết nối trực tiếp với một khối chức năng tương tự hoặc kỹ thuật số mà không cần bất kỳ mạch giao diện bổ sung nào. Việc bật và tắt IGBT được điều khiển bởi điện áp cổng UGE. Khi UGE lớn hơn điện áp bật UGE (th), IGBT được bật. Khi tín hiệu đảo ngược hoặc không được áp dụng giữa cổng và bộ phát, IGBT sẽ bị tắt. Bị hỏng.
Giống như bóng bán dẫn thông thường, IGBT có thể hoạt động trong vùng khuếch đại tuyến tính, vùng bão hòa và vùng cắt, và nó chủ yếu được sử dụng như một thiết bị chuyển mạch. Trong mạch ổ đĩa, trạng thái bật và tắt bão hòa của IGBT chủ yếu được nghiên cứu, do đó cạnh tăng bật và cạnh tắt tắt là dốc.
2 yêu cầu mạch ổ đĩa IGBT
Các điểm sau phải được quan sát khi thiết kế trình điều khiển IGBT.
1) Độ lớn của điện áp ổ đĩa cổng sẽ có tác động quan trọng đến hiệu suất mạch và phải được chọn chính xác. Khi điện áp ổ đĩa phía trước tăng, điện trở bật của IGBT bị giảm, do đó giảm tổn thất bật tắt. Tuy nhiên, nếu điện áp ổ đĩa quá lớn, IC dòng ngắn mạch sẽ tăng theo UGE khi tải bị ngắn mạch, điều này có thể khiến IGBT có hiệu ứng giữ, dẫn đến hỏng cổng. Kết quả là IGBT bị hỏng; nếu điện áp lái về phía trước quá nhỏ, IGBT sẽ thoát khỏi vùng dẫn bão hòa và đi vào vùng khuếch đại tuyến tính, khiến IGBT bị quá nóng và hư hỏng; đang sử dụng, ưu tiên 12V ≤ UGE 18V. Điện áp sai lệch âm của cổng ngăn IGBT không được thực hiện sai do dòng điện tăng quá mức trong khi tắt máy. Nói chung, điện áp phân cực âm được chọn là 5V. Ngoài ra, mạch lái xe phải cung cấp đủ điện áp và biên độ dòng điện sau khi bật IGBT, để IGBT không thoát khỏi vùng dẫn bão hòa và bị hỏng trong điều kiện làm việc và quá tải bình thường.
2) Việc bật và tắt nhanh IGBT có lợi để tăng tần suất hoạt động và giảm tổn thất chuyển mạch. Tuy nhiên, tần số chuyển đổi của IGBT không được quá lớn trong các tải cảm ứng lớn, bởi vì bật và tắt tốc độ cao sẽ dẫn đến điện áp cực đại, có thể khiến IGBT hoặc các thành phần khác bị hỏng.
3) Việc chọn một điện trở loạt cổng phù hợp RG và điện dung cổng CG rất quan trọng để điều khiển IGBT. RG nhỏ, hằng số thời gian phóng điện giữa các bộ phát cổng tương đối nhỏ, điều này sẽ gây ra dòng điện lớn khi bật, sẽ làm hỏng IGBT; RG lớn hơn, có lợi để triệt tiêu dvce / dt, nhưng sẽ làm tăng thời gian chuyển mạch và mất IGBT. . CG phù hợp là tốt để triệt tiêu dic / dt, CG quá lớn và thời gian bị trì hoãn. Nếu CG quá nhỏ, hiệu quả triệt tiêu dic / dt là không rõ ràng.
4) Khi tắt IGBT, điện áp cổng phát dễ bị nhiễu bởi các thông số ký sinh của IGBT và mạch, khiến điện áp cổng phát khiến thiết bị bị dẫn sai. Để ngăn điều này xảy ra, một điện trở có thể được kết nối song song giữa các cổng. Ngoài ra, trong các ứng dụng thực tế, để ngăn ngừa sự đột biến điện áp cao trong mạch lái xe cổng, tốt nhất là kết nối hai điốt Zener loạt ngược song song giữa các cách tử và giá trị điều chỉnh điện áp phải giống với cực dương và âm điện áp cổng.
Mạch điều khiển 3 HCPL-316J
3.1 Cấu trúc bên trong HCPL-316J và nguyên tắc làm việc
Nếu IGBT có tín hiệu quá dòng (chân 14 phát hiện điện áp trên bộ thu IGBT = 7V) và tín hiệu ổ đĩa đầu vào tiếp tục được áp dụng cho chân 1, tín hiệu thiếu điện áp thấp và đầu ra B thấp, đầu ra thứ ba thấp -level Darlington Ống bị tắt, 1 × DMOS được bật và điện áp giữa các cổng IGBT được giảm từ từ để đạt được điện áp cổng chậm. Khi VOUT = 2V, nghĩa là, VOUT xuất ra mức thấp, điểm C trở thành mức thấp, điểm B là mức cao, 50 × DMOS được bật và mảng cổng IGBT nhanh chóng bị loại bỏ. Tín hiệu trên đường sự cố đi qua bộ ghép quang, và sau đó đi qua flip-flop RS, và đầu ra Q ở mức cao, do đó bộ ghép quang đầu vào bị chặn. Theo cách tương tự, có thể phân tích tình huống chỉ có điện áp thấp và tình trạng thiếu điện áp và quá dòng.
Thiết kế mạch ổ đĩa 3.2
Số VIN +, FAULT và RESET ở bên trái của HCPL-316J được kết nối tương ứng với máy vi tính. R7, R8, R9, D5, D6 và C12 cung cấp bảo vệ đầu vào để ngăn điện áp đầu vào quá mức làm hỏng IGBT, nhưng mạch bảo vệ sẽ tạo ra độ trễ khoảng 1μs, không phù hợp để sử dụng khi tần số chuyển đổi vượt quá 100kHz. Q3 là chức năng lồng vào nhau quan trọng nhất. Khi cả hai tín hiệu PWM (cùng một nhánh cầu) đều ở mức cao, Q3 được bật, kéo mức đầu vào thấp, do đó đầu ra cũng ở mức thấp. Các tín hiệu khóa liên động Interlock và Interlock2 trong Hình 3 được kết nối tương ứng với một Interlock2 và Interlock1 khác tương ứng. R1 và C2 đóng vai trò khuếch đại và lọc tín hiệu lỗi. Khi có tín hiệu nhiễu, máy vi tính có thể chấp nhận chính xác thông tin.
Ở đầu ra, R5 và C7 có liên quan đến tốc độ bật IGBT và mất chuyển mạch. Tăng C7 có thể làm giảm đáng kể dic / dt. Đầu tiên tính toán điện trở cổng: trong đó ION là dòng cổng được đưa vào IGBT khi bật. Để bật IGBT nhanh chóng, giá trị IONMAX là 20A. Đầu ra mức thấp VOL = 2v.
C3 là một thông số rất quan trọng, quan trọng nhất là độ trễ sạc. Khi hệ thống khởi động và chip bắt đầu hoạt động, vì điện áp ở cực C collector của IGBT vẫn lớn hơn 7V, nếu không có C3, tín hiệu lỗi ngắn mạch sẽ bị phát sai và đầu ra sẽ được tắt trực tiếp. Khi chip hoạt động bình thường, nếu điện áp collector tăng tức thời, nó sẽ trở lại bình thường ngay lập tức. Nếu không có C3, tín hiệu lỗi sẽ được phát ra để tắt IGBT do nhầm lẫn. Tuy nhiên, nếu giá trị của C3 quá lớn, phản ứng của hệ thống sẽ chậm và trong trường hợp bão hòa, IGBT có thể bị cháy trong thời gian trễ và không thu được hiệu quả bảo vệ chính xác. Giá trị của C3 là 100pF và độ trễ là thời gian
Trong mạch phát hiện bộ thu, hai điốt được kết nối nối tiếp, có thể cải thiện điện áp chịu được tổng thể ngược, do đó làm tăng mức điện áp lái xe, nhưng thời gian phục hồi ngược của diode là nhỏ, và mỗi mức điện áp ngược chịu được là 1000V. Nói chung, BYV261E được chọn và thời gian phục hồi ngược là 75 ns. Vai trò của R4 và C5 là duy trì các đặc tính tắt mềm của HCLP-316J sau khi tín hiệu quá dòng. Nguyên tắc là C5 đạt được một lần tắt mềm thông qua việc xả MOSFET bên trong. Trong Hình 3, điện áp đầu ra VOUT đi qua hai đầu ra kéo đẩy ba cực nhanh, có thể điều khiển dòng điện lên đến 20A và có thể nhanh chóng lái các IGBT 1700v, 200-300A.
Thiết kế cung cấp điện 3,3 ổ đĩa
Trong thiết kế ổ đĩa, nguồn điện ổn định là sự đảm bảo cho IGBT hoạt động tốt. Nguồn cung cấp thông qua chuyển đổi về phía trước, khả năng chống nhiễu mạnh, không có cuộn cảm lọc ở phía thứ cấp và trở kháng đầu vào thấp, do đó điện áp đầu ra của nguồn cung cấp vẫn ổn định trong điều kiện tải nặng.
Khi s được bật, điện áp + 12 v (đối với nguồn điện tương đối ổn định, độ chính xác cao) được đặt vào phía sơ cấp của máy biến áp và cuộn dây được nối với S, và phía thứ cấp được điều chỉnh thông qua khớp nối năng lượng. Khi tắt S, năng lượng của lõi được đưa trở lại nguồn cung cấp thông qua diode chính và cuộn dây được kết nối của nó để đạt được thiết lập lại lõi biến áp. Đồng hồ bấm giờ 555 được kết nối với một bộ đa năng. Điện thế của chân 2 và chân 6 được thay đổi giữa 4 và 8 v bằng cách sạc và xả C1, để chân 3 phát ra tín hiệu sóng vuông điện áp và tín hiệu sóng vuông được sử dụng để điều khiển mở S. Và tắt máy. + 12 v sạc C1 qua R1 và D2, thời gian sạc của nó là t1≈R1C2ln2; thời gian xả t2 = R2C1ln2, nó tạo ra mức cao khi sạc và xuất mức thấp khi xả. Do đó, tỷ lệ nhiệm vụ = t1 / (t1 + t2).
Máy biến áp được thiết kế theo các thông số sau: phía ban đầu được kết nối với + 12 v, tần số là 60kHz và cường độ cảm ứng từ làm việc Bw là O. 15T, phía thứ cấp + đầu ra 15v 2A, đầu ra -5v 1 A, hiệu suất n = 80%, hệ số lấp đầy cửa sổ Km là O. 5. Hệ số lấp đầy lõi Kc là 1, và mật độ dòng cuộn dây d là 3 A / mm2. Nguồn ra
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64W.
Vì điện áp đầu ra của nguồn cung cấp năng lượng lái xe sẽ giảm sau khi tải, hãy xem xét tăng tần số và chu kỳ nhiệm vụ để ổn định điện áp đầu ra trong các ứng dụng thực tế.
4. Kết luận
Bài viết này thiết kế một mạch lái xe có thể lái IGBT 1400V, 200 ~ 300A. Sự kết hợp của hai IGBT (cùng một nhánh cầu) được hiện thực hóa trên phần cứng và một nguồn năng lượng lái xe có khả năng cung cấp năng lượng trực tiếp cho hai IGBT được thiết kế.
HCPL-316J có thể được chia thành hai phần: IC đầu vào (trái) và IC đầu ra (phải). Đầu vào và đầu ra hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu của ổ IGBT điện áp cao và công suất cao.
Chức năng của mỗi pin như sau:
Đầu vào tín hiệu chuyển tiếp chân 1 (VIN +);
Đầu vào tín hiệu đảo ngược chân 2 (VIN-);
Chân 3 (VCG1) được kết nối với nguồn điện đầu vào;
Mặt bằng của đầu vào của chân 4 (GND);
Đầu vào thiết lập lại chip chân 5 (RESERT);
Ngõ ra chân 6 (FAULT), khi xảy ra lỗi (điện áp đầu ra không điện áp hoặc ngắn mạch IGBT), tín hiệu lỗi được xuất qua bộ ghép quang;
Chân kiểm tra bộ ghép cặp chân 7 (VLED1 +), hệ thống treo;
Chân 8 (VLED1-) được nối đất;
Chân 9, chân 10 (VEE) cung cấp điện áp phân cực ngược cho IGBT;
Chân 11 (VOUT) xuất tín hiệu ổ đĩa để lái IGBT;
Chân 12 (VC) cung cấp năng lượng cho bộ thu ống Darlington;
Chân 13 (VCC2) điều khiển nguồn điện áp;
Chân 14 (DESAT) Phát hiện dòng ngắn mạch IGBT;
Chân kiểm tra bộ ghép cặp chân 15 (VLED2 +), hệ thống treo;
Chân 16 (VE) xuất ra một nền tảng tham chiếu.
Nếu VIN + là đầu vào bình thường, chân 14 không có tín hiệu quá dòng và VCC2-VE = 12 v có nghĩa là điện áp ổ đĩa đầu ra bình thường, tín hiệu ổ đĩa phát ra mức cao, và tín hiệu lỗi và tín hiệu đầu ra tín hiệu điện áp thấp. Đầu tiên, ba tín hiệu được đưa vào JP3, D thấp, B thấp và 50 × DMOS tắt. Tại thời điểm này, bốn trạng thái đầu vào của JP1 là thấp, cao, thấp và thấp từ trên xuống dưới và điểm cao của điểm A điều khiển ống Darlington ba tầng được bật và IGBT cũng được bật đã bật lên.