Tillämpning av IGBT-kraftelektronik
Vi är ett stort tryckbolag i Shenzhen Kina. Vi erbjuder alla bokpublikationer, inbunden bokutskrift, papperstäckning bokutskrift, inbunden anteckningsbok, prenumerationsbok, saddle stiching bokutskrift, broschyr utskrift, förpackningslåda, kalendrar, alla typer av PVC, produktbroschyrer, anteckningar, barnbok, klistermärken, alla typer av specialpapper färgutskrift produkter, game cardand så vidare.
För mer information besök
http://www.joyful-printing.com. Endast ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
email: info@joyful-printing.net
IGBT används ofta i kraftelektroniska enheter representerade av växelriktare och olika typer av nätaggregat. IGBT kombinerar fördelarna med bipolära strömtransistorer och Power MOSFETs, och har fördelarna med spänningsstyrning, stor ingångsimpedans, liten drivkraft, enkel styrkrets, liten omkopplingsförlust, snabb växlingshastighet och hög driftsfrekvens.
IGBT, som andra kraftelektronik, beror dock på kretsförhållanden och omkopplingsmiljöer. Därför är IGBTs kör- och skyddskrets det svårt och fokuserade på kretsdesign, och det är nyckellänken för hela enhetsoperationen.
1 IGBT-driftsegenskaper
IGBT är en styrenhet av spännings typ som kräver mycket lite drivström och drivkraft och kan anslutas direkt till ett analogt eller digitalt funktionsblock utan ytterligare gränssnittskretsar. IGBT-sändningen och avstängningen styrs av grindspänningen UGE. När UGE är större än startspänningen UGE (th), är IGBT påslagen. När en omvänd eller ingen signal sätts mellan porten och emitorn, är IGBT-enheten avstängd. Bruten.
Som vanlig transistor kan IGBT arbeta i linjärförstärkning, mättningsområde och avskärningsområde och används huvudsakligen som omkopplingsenhet. I drivkretsen studeras mättnaden på och från tillstånden i IGBT, främst så att den stigande stigningskanten och den svängande fallkanten är branta.
2 IGBT-drivkretskrav
Följande punkter måste följas vid utformning av en IGBT-drivrutin.
1) Storleken på grindens framåtriktad spänning kommer att få en viktig inverkan på kretsytan och måste väljas korrekt. När framåtriktningsspänningen ökar, minskar IGBT-motståndet, så att upplösningsförlusten minskar. Om framåtriktad spänning är för stor ökar emellertid kortslutningsström IC med UGE när belastningen är kortsluten, vilket kan leda till att IGBT har en hållareffekt, vilket resulterar i grindfel. Som ett resultat är IGBT skadad; Om den framåtriktade spänningen är för liten, lämnar IGBT mättnadsledningsregionen och går in i den linjära förstärkningsregionen, vilket medför att IGBT överhettas och skadas. Vid användning föredras 12V ≤ UGE ≤ 18V. Portens negativa förspänningsspänning förhindrar att IGBT-felet utförs på grund av överdriven överspänningsström under avstängning. Generellt är en negativ biaspänning vald för att vara 5V. Dessutom ska körkretsen ge tillräcklig spänning och strömamplitud efter att IGBT är påslagen, så att IGBT inte lämnar mättnadsledningsområdet och är skadad under normala arbets- och överbelastningsförhållanden.
2) Den snabba uppkopplingen och avstängningen av IGBT är fördelaktig för att öka driftsfrekvensen och minska omkopplingsförlusten. Omkopplingsfrekvensen för IGBT bör emellertid inte vara för stor vid stora induktiva belastningar, eftersom höghastighetsturnering och avstängning kommer att leda till högspänning, vilket kan leda till att IGBT eller andra komponenter bryts ner.
3) Att välja ett lämpligt grindsermmotstånd RG och grindkapacitans CG är viktigt för att driva IGBT. RG är liten, laddningstiden konstant mellan grindutgångarna är relativt liten vilket medför en stor ström vid svängning, vilket kommer att skada IGBT; RG är större, vilket är fördelaktigt att undertrycka dvce / dt, men ökar omkopplingstiden och omkopplingstiden för IGBT. . Lämplig CG är bra för att undertrycka dic / dt, CG är för stor, och tiden är försenad. Om CG är för liten är effekten av att undertrycka dic / dt inte uppenbar.
4) När IGBT-enheten är avstängd, är gräns-emitterspänningen lätt störd av de parasitära parametrarna för IGBT och kretsen, vilket orsakar att gate-emitterspänningen orsakar att enheten är felledande. För att förhindra att detta händer kan ett motstånd kopplas parallellt mellan grindarna. Vidare är det lämpligt att i praktiska tillämpningar för att förhindra högspänningsspikar i grindkörkretsen föredra att ansluta två omvända serier Zener-dioder parallellt mellan gallren och spänningsreglervärdet bör vara detsamma som det positiva och negativa grindspänningar.
3 HCPL-316J-drivkrets
3.1 HCPL-316J intern struktur och arbetsprincip
Om IGBT har en överströmssignal (stiftet 14 detekterar spänningen på IGBT-kollektorn = 7V) och ingångsdrivsignalen fortsätter att appliceras på stift 1 är underspänningssignalen låg och B-utgången är låg, den tredje -level Darlington Röret är avstängt, 1 × DMOS är påslagen och spänningen mellan IGBT-grindarna sakta sänks för att uppnå en långsam fallspänning. När VOUT = 2V, det vill säga, VOUT matar ut en låg nivå, C-punkten blir en låg nivå, punkt B är en hög nivå, 50 × DMOS är påslagen och IGBT-porten matas snabbt ut. Signalen på fellinjen passerar genom optokopplaren och passerar sedan genom RS-flip-flopen och Q-utgången är hög, så att ingångsoptokopplaren är blockerad. På samma sätt är det möjligt att analysera situationen för endast underspänning och situationen för underspänning och överström.
3.2-krets design
VIN +, FAULT och RESET på vänster sida av HCPL-316J är anslutna till respektive mikrodator. R7, R8, R9, D5, D6 och C12 ger ingångsskydd för att förhindra överdriven ingångsspänning från att skada IGBT, men skyddskretsen genererar en fördröjning på ca 1μs, vilket inte är lämpligt för användning när växlingsfrekvensen överstiger 100kHz. Q3 är den viktigaste sammankopplingsfunktionen. När båda PWM-signalerna (samma broarmen) är höga nivåer, är Q3 påslagen, vilket drar ingångsnivån låg, så att utmatningen är också låg. Interlock-signalerna Interlock och Interlock2 i Figur 3 är anslutna till en annan 316J Interlock2 respektive Interlock1. R1 och C2 spelar en roll för att förstärka och filtrera felsignalen. När det finns en störningssignal, kan mikrodatorn korrekt acceptera informationen.
Vid utgången är R5 och C7 relaterade till den hastighet vid vilken IGBT är påslagen och omkopplingsförlusten. Ökande C7 kan avsevärt minska dic / dt. Först beräkna grindmotståndet: där ION är grindströmmen injicerad i IGBT när den är påslagen. För att aktivera IGBT snabbt, är IONMAX-värdet 20A. Utgång låg nivå VOL = 2v.
C3 är en mycket viktig parameter, det viktigaste är laddningsfördröjningen. När systemet startar och chipet börjar fungera, eftersom spänningen vid IGBT-kollektorens C-terminal fortfarande är mycket större än 7V, om det inte finns någon C3, kommer kortslutningsfelsignalen felaktigt att utfärdas och utgången kommer direkt att stängas av. När chipset fungerar normalt, om kollektorens spänning stiger omedelbart, kommer den att återgå till normal omedelbart. Om det inte finns någon C3, kommer en felsignal att utfärdas för att göra IGBT avstängt av misstag. Men om värdet på C3 är för stort, kommer systemets svar att vara långsamt, och vid mättnad kan IGBT utbrännas inom fördröjningstiden och den korrekta skyddseffekten erhålls inte. Värdet på C3 är 100pF och fördröjningen är tid
I kollektordetekteringskretsen är två dioder anslutna i serie, vilket kan förbättra den totala motståndsspänningen, vilket ökar drivspänningsnivån, men den bakåtvända återhämtningstiden för dioden är liten och varje omvänd resistansspänningsnivå är 1000V. Generellt väljs BYV261E, och omvänd återhämtningstid är 75 ns. Rollen av R4 och C5 är att bevara mjukstängningsegenskaperna hos HCLP-316J efter en överströmssignal. Principen är att C5 uppnår en mjuk avstängning genom urladdning av den interna MOSFET. I Figur 3 passerar utgångsspänningen VOUT genom två snabba triode push-pull-utgångar, som kan driva strömmen upp till 20A, och kan snabbt köra 1700v, 200-300A IGBT.
3,3-drevs strömförsörjning
I drivdesignen är en stabil strömförsörjning en garanti för att IGBT fungerar korrekt. Strömförsörjningen adopterar framåtriktad konvertering, stark anti-interferensförmåga, ingen filterinduktor på sekundärsidan och låg ingångsimpedans, så att utmatningsspänningen från strömförsörjningen fortfarande är stabil under tunga belastningsförhållanden.
När s sätts på, appliceras + 12v (för en relativt stabil strömförsörjning, hög precision) spänning på transformatorns primära sida och lindningen ansluten till S, och sekundärsidan korrigeras genom energikoppling. När S stängs av matas kärnans energi tillbaka till strömförsörjningen genom primärdioden och dess anslutna lindning för att uppnå återställning av transformatorkärnan. 555 timern är ansluten till en multivibrator. Fotpotentialens 2 potential och foten 6 ändras mellan 4 och 8 v genom laddning och urladdning av Cl, så att foten 3 matar ut en spännings-kvadratvågsignal och den fyrkantiga vågsignalen används för att styra öppningen av S. Och stänger av. + 12v laddningar C1 till R1 och D2, laddningstiden är t1≈R1C2ln2; urladdningstiden t2 = R2C1ln2, den matar ut hög nivå vid laddning och matar ut låg nivå vid urladdning. Därför är arbetsförhållandet = t1 / (t1 + t2).
Transformatorn är utformad enligt följande parametrar: Den ursprungliga sidan är ansluten till + 12v, frekvensen är 60kHz och arbetsmagnetisk induktionsintensitet Bw är O. 15T, sekundär sida + 15v utgång 2A, -5v utgång 1A, effektivitet n = 80%, fönsterfyllningsfaktor Km är O. 5. Kärnfyllningsfaktorn Kc är 1 och spindelns strömtäthet d är 3 A / mm2. Uteffekt
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64W.
Eftersom drivspänningsutgångens utgångsspänning minskar efter laddning, överväg att öka frekvens- och arbetscykeln för att stabilisera utspänningen i praktiska tillämpningar.
4. Slutsats
Detta papper utformar en körkrets som kan köra 1400V, 200 ~ 300A IGBT. Sammankopplingen av de två IGBT: erna (samma broarmen) är realiserad på hårdvaran, och en drivkraftkälla som kan direkt mata ström till de två IGBT: erna är konstruerad.
HCPL-316J kan delas in i två delar: ingång IC (vänster) och utgång IC (höger). Ingång och utgång kan fullt ut uppfylla kraven för högspänning och hög effekt IGBT-enhet.
Funktionen hos varje stift är som följer:
Pin 1 (VIN +) framåtriktad signalinmatning;
Pin 2 (VIN-) omvänd signalinmatning;
Pin 3 (VCG1) är ansluten till ingångsaggregatet;
Marken för ingången på stift 4 (GND);
Fot 5 (RESERT) återställning av chip
FOT 6 (FAULT) felutgång, när ett fel uppstår (utgående spännings underspänning eller IGBT kortslutning), matas felsignalen via optokopplaren;
Pin 7 (VLED1 +) optocoupler teststift, suspension;
Pin 8 (VLED1-) är jordad;
Stift 9, fot 10 (VEE) ger en omvänd biaspänning till IGBT;
Pin 11 (VOUT) matar ut en drivsignal för att driva IGBT;
Fot 12 (VC) tre-stegs Darlington-rörsamlare strömförsörjning;
Stift 13 (VCC2) driver spänningskällan;
Pin 14 (DESAT) IGBT kortslutningsströmdetektering;
Pin 15 (VLED2 +) optocoupler teststift, suspension;
Fot 16 (VE) matar ut en referensmark.
Om VIN + normalt matas in, har stift 14 ingen överströmssignal, och VCC2-VE = 12v betyder att utsignalen för framåtriktad drivning är normal, frekvensomriktarens utsignal matas ut på hög nivå och felsignalen och underspänningssignalen matar ut låg nivå. Först skrivs de tre signalerna till JP3, D är låg, B är låg och 50 × DMOS är avstängd. Vid den här tiden är de fyra tillstånden för ingången till JP1 låga, höga, låga och låga från topp till botten och högpunkten av punkt A driver det trestegs Darlington-röret som ska sättas på och IGBT-enheten är också påslagen.