Toepassing van IGBT power elektronisch apparaat
Wij zijn een groot drukkerijbedrijf in Shenzhen China. Wij bieden alle boekpublicaties, hardcover boekafdrukken, papercover boekdruk, hardcover notitieboek, takboekafdrukken, boekafdrukken met zadelafdruk, boekjes printen, verpakkingsdoos, kalenders, alle soorten PVC, productbrochures, notities, kinderboeken, stickers, allemaal soorten speciale papieren kleurendrukproducten, gamekaart enzovoort.
Bezoek voor meer informatie
http://www.joyful-printing.com. Alleen ENG
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
e-mail: info@joyful-printing.net
IGBT's worden veel gebruikt in elektronische apparaten met stroom, vertegenwoordigd door inverters en verschillende soorten voedingen. De IGBT combineert de voordelen van bipolaire vermogenstransistors en krachtige MOSFET's en heeft de voordelen van spanningsregeling, grote ingangsimpedantie, kleine aandrijfkracht, eenvoudig regelcircuit, klein schakelverlies, hoge schakelsnelheid en hoge werkfrequentie.
IGBT's zijn echter net als andere vermogenselektronica afhankelijk van circuitomstandigheden en schakelomgevingen. Daarom is het stuur- en beveiligingscircuit van IGBT de moeilijkheid en focus van het circuitontwerp, en het is de belangrijkste schakel voor de werking van het hele apparaat.
1 IGBT-bedieningskenmerken
De IGBT is een besturingsapparaat van het spanningssoort dat zeer weinig aandrijfstroom en aandrijfvermogen vereist en direct kan worden aangesloten op een analoog of digitaal functieblok zonder extra interfaceschakelingen. Het in- en uitschakelen van de IGBT wordt bestuurd door de poortspanning UGE. Wanneer de UGE groter is dan de inschakelspanning UGE (th), is de IGBT ingeschakeld. Wanneer een omgekeerd of geen signaal wordt afgegeven tussen de gate en de emitter, wordt de IGBT uitgeschakeld. Gebroken.
Net als een gewone transistor kan IGBT werken in een lineair versterkingsgebied, een verzadigingsgebied en een afsnijdgebied, en het wordt hoofdzakelijk gebruikt als een schakelapparaat. In het aandrijfcircuit worden de verzadigings aan / uit-toestanden van de IGBT voornamelijk bestudeerd, zodat de opgaande stijgende flank en de aflopende dalende flank steil zijn.
2 IGBT-vereisten voor schijfcircuits
De volgende punten moeten in acht worden genomen bij het ontwerpen van een IGBT-stuurprogramma.
1) De grootte van de gate-forward-stuurspanning zal een belangrijke invloed hebben op de prestaties van de schakeling en moet correct worden gekozen. Wanneer de voorwaartse stuurspanning toeneemt, wordt de aan-weerstand van de IGBT verminderd, zodat het inschakelverlies wordt verminderd. Als de spanning van de voorwaartse aandrijving echter te groot is, neemt de kortsluitstroom IC toe met de UGE wanneer de belasting wordt kortgesloten, hetgeen ertoe kan leiden dat de IGBT een vasthoudeffect heeft, resulterend in poortfout. Als gevolg hiervan is de IGBT beschadigd; als de voorwaartse stuurspanning te klein is, verlaat de IGBT het saturatiegeleidingsgebied en treedt het lineaire versterkingsgebied binnen, waardoor de IGBT oververhit en beschadigd raakt; in gebruik heeft 12V ≤ UGE ≤ 18V de voorkeur. De negatieve voorspanning van de poort voorkomt dat de IGBT verkeerd wordt uitgevoerd als gevolg van overmatige stroomsterkte tijdens uitschakeling. Over het algemeen wordt een negatieve voorspanning geselecteerd op 5V. Bovendien moet het stuurcircuit voldoende spanning en stroomamplitude bieden nadat de IGBT is ingeschakeld, zodat de IGBT het verzadigingsgeleidingsgebied niet verlaat en beschadigd raakt onder normale werk- en overbelastingscondities.
2) De snelle inschakeling en uitschakeling van de IGBT is gunstig voor het verhogen van de werkfrequentie en het verminderen van het schakelverlies. De schakelfrequentie van de IGBT mag echter niet te groot zijn onder grote inductieve belastingen, omdat een hoge snelheidsinschakeling en -uitschakeling resulteren in een hoge piekspanning, waardoor IGBT of andere componenten kunnen worden afgebroken.
3) Het kiezen van een geschikte gate-serieweerstand RG en poortcapaciteit CG is belangrijk voor het aandrijven van de IGBT. RG is klein, de laad-ontlaadtijdconstante tussen poortzenders is relatief klein, wat bij het inschakelen een grote stroom zal veroorzaken, die de IGBT zal beschadigen; RG is groter, wat gunstig is voor het onderdrukken van dvce / dt, maar zal de schakeltijd en het schakelverlies van IGBT verhogen. . Juiste CG is goed voor het onderdrukken van dic / dt, CG is te groot en de inschakeltijd is vertraagd. Als CG te klein is, is het effect van het onderdrukken van dic / dt niet duidelijk.
4) Wanneer de IGBT is uitgeschakeld, wordt de gate-emitterspanning gemakkelijk verstoord door de parasitaire parameters van de IGBT en het circuit, waardoor de gate-emitterspanning ervoor zorgt dat het apparaat slecht geleidend is. Om dit te voorkomen, kan een weerstand parallel tussen de poorten worden geschakeld. Bovendien heeft het, in praktische toepassingen, om hoogspanningspieken in het poortstuurcircuit te voorkomen, de voorkeur om twee omgekeerde seriestanders van Zener parallel aan te sluiten tussen de tralies, en de spanningsregulatiewaarde moet dezelfde zijn als de positieve en negatieve poortspanningen.
3 HCPL-316J-aandrijfcircuit
3.1 HCPL-316J interne structuur en werkingsprincipe
Als de IGBT een overstroomsignaal heeft (de pin 14 detecteert de spanning op de IGBT-collector = 7V) en het ingangsstuursignaal blijft worden toegepast op pin 1, is het onderspanningssignaal laag en is de B-uitgang laag, de derde -level Darlington De buis is uitgeschakeld, 1 × DMOS is ingeschakeld en de spanning tussen de IGBT-poorten wordt langzaam verlaagd om een traag dalende poortspanning te verkrijgen. Wanneer VOUT = 2V, dat wil zeggen, VOUT geeft een laag niveau af, C-punt wordt een laag niveau, punt B is een hoog niveau, 50 × DMOS is ingeschakeld en de IGBT-poortarray wordt snel ontladen. Het signaal op de breuklijn passeert door de optocoupler en gaat vervolgens door de RS-flip-flop en de Q-uitgang is hoog, zodat de ingangsoptocoupler is geblokkeerd. Op dezelfde manier is het mogelijk om de situatie van alleen onderspanning en de situatie van onderspanning en overstroom te analyseren.
3.2 ontwerp van het aandrijfcircuit
De VIN +, FAULT en RESET aan de linkerkant van de HCPL-316J zijn respectievelijk verbonden met de microcomputer. R7, R8, R9, D5, D6 en C12 bieden ingangsbescherming om te voorkomen dat een excessieve ingangsspanning de IGBT beschadigt, maar het beveiligingscircuit genereert een vertraging van ongeveer 1μs, die niet geschikt is voor gebruik wanneer de schakelfrequentie hoger is dan 100 kHz. Q3 is de belangrijkste in elkaar grijpende functie. Wanneer beide PWM-signalen (dezelfde brugarm) van een hoog niveau zijn, wordt Q3 ingeschakeld en wordt het ingangsniveau laag getrokken, zodat de uitgang ook laag is. De interlocksignalen Interlock en Interlock2 in figuur 3 zijn verbonden met respectievelijk een andere 316J Interlock2 en Interlock1. R1 en C2 spelen een rol bij het versterken en filteren van het foutsignaal. Wanneer er een stoorsignaal is, kan de microcomputer de informatie correct accepteren.
Aan de uitgang zijn R5 en C7 gerelateerd aan de snelheid waarmee de IGBT wordt ingeschakeld en het schakelverlies. Door C7 te verhogen, kan dic / dt aanzienlijk worden verminderd. Bereken eerst de poortweerstand: waarbij ION de poortstroom is die in de IGBT is geïnjecteerd. Om de IGBT snel aan te zetten, is de IONMAX-waarde 20A. Uitgang laag niveau VOL = 2v.
C3 is een zeer belangrijke parameter, de belangrijkste is de laadvertraging. Wanneer het systeem opstart en de chip begint te werken, aangezien de spanning op de collector C-aansluiting van de IGBT nog steeds veel groter is dan 7V, als er geen C3 is, zal het kortsluiting-foutsignaal per abuis worden afgegeven en de uitgang wordt direct uitgeschakeld. Wanneer de chip normaal werkt, als de collectorspanning onmiddellijk stijgt, wordt deze onmiddellijk weer normaal. Als er geen C3 is, wordt een foutsignaal afgegeven om de IGBT per abuis uit te schakelen. Als de waarde van C3 echter te groot is, zal de systeemreactie langzaam zijn en in het geval van verzadiging kan de IGBT binnen de vertragingstijd worden uitgebrand en wordt het juiste beschermingseffect niet verkregen. De waarde van C3 is 100pF en de vertraging is de tijd
In het collectordetectieschakeling zijn twee diodes in serie verbonden, die de algehele tegengesteld tegengestelde spanning kunnen verbeteren, waardoor het stuurspanningsniveau wordt verhoogd, maar de omgekeerde hersteltijd van de diode is klein en elke tegengestelde spanningsniveau is 1000V. Over het algemeen is BYV261E geselecteerd en de tijd voor reverse-recovery is 75 ns. De rol van R4 en C5 is om de soft-shutdown-eigenschappen van de HCLP-316J te behouden na een overstroomsignaal. Het principe is dat C5 een zachte uitschakeling bereikt door de ontlading van de interne MOSFET. In figuur 3 passeert de uitgangsspanning VUIT twee snelle triode push-pull-uitgangen, die de stroom tot 20A kunnen sturen, en kan snel 1700v, 200-300A IGBT's aansturen.
3.3 ontwerp van de voeding van de aandrijving
In het ontwerp van de aandrijving is een stabiele stroomvoorziening een garantie dat de IGBT correct werkt. De voeding gebruikt voorwaartse conversie, sterke anti-interferentievermogen, geen filterinductor aan de secundaire zijde en een lage ingangsimpedantie, zodat de uitgangsspanning van de voeding nog steeds stabiel is onder zware belastingomstandigheden.
Wanneer s wordt ingeschakeld, wordt + 12v (voor een relatief stabiele voeding, hoge precisie) spanning aangelegd aan de primaire zijde van de transformator en de wikkeling aangesloten op S, en de secundaire zijde wordt gelijkgericht door energiekoppeling. Als S wordt uitgeschakeld, wordt de energie van de kern via de primaire diode en de aangesloten wikkeling teruggevoerd naar de voeding om reset van de transformatorkern tot stand te brengen. De 555-timer is verbonden met een multivibrator. Het potentiaal van de voet 2 en de voet 6 wordt veranderd tussen 4 en 8 v door C1 op te laden en te ontladen, zodat de voet 3 een spanningsvierkantgolfsignaal afgeeft, en het blokgolfsignaal wordt gebruikt om de opening van de S. te besturen. En afsluiten. + 12v laadt C1 op tot R1 en D2, de oplaadtijd is t1≈R1C2ln2; ontlaadtijd t2 = R2C1ln2, het geeft een hoog niveau af tijdens het opladen en geeft een laag niveau af tijdens het ontladen. Daarom is de werkverhouding = t1 / (t1 + t2).
De transformator is ontworpen volgens de volgende parameters: de originele zijde is verbonden met + 12v, de frequentie is 60 kHz en de werkende magnetische inductie-intensiteit Bw is O. 15T, secundaire zijde + 15v-uitgang 2A, -5v uitgang 1 A, rendement n = 80%, is raamvulfactor Km O. 5. De kernvulfactor Kc is 1 en de spoeldraadstroomdichtheid d is 3 A / mm2. Uitgangsvermogen
PT = (15 + O.6) × 2 × 2 + (5 + O.6) × 1 × 2 = 64 W.
Aangezien de uitgangsspanning van de aandrijfvoeding na het laden afneemt, kunt u overwegen de frequentie en werkcyclus te verhogen om de uitgangsspanning in praktische toepassingen te stabiliseren.
4. Conclusie
Dit artikel ontwerpt een besturingscircuit dat 1400V, 200 ~ 300A IGBT kan aansturen. De vergrendeling van de twee IGBT's (dezelfde brugarm) wordt gerealiseerd op de hardware en er is een aandrijfkrachtbron ontworpen die direct stroom kan leveren aan de twee IGBT's.
HCPL-316J kan in twee delen worden verdeeld: invoer IC (links) en uitvoer IC (rechts). De input en output kunnen volledig voldoen aan de vereisten voor een IGBT-drive met hoge spanning en hoog vermogen.
De functie van elke pin is als volgt:
Pin 1 (VIN +) voorwaartse signaalinvoer;
Pin 2 (VIN-) achteruitgangssignaalingang;
Pin 3 (VCG1) is verbonden met de voedingsingang;
De grond van de invoer van pin 4 (GND);
Foot 5 (RESERT) chip reset-ingang;
Voet 6 (FAULT) foutuitgang, wanneer zich een fout voordoet (uitgaande voorwaartse spanningsonvoltage of IGBT-kortsluiting), wordt het foutsignaal via de opto-coupler afgegeven;
Pin 7 (VLED1 +) optocoupler testpen, ophanging;
Pin 8 (VLED1-) is geaard;
Pen 9, voet 10 (VEE) verschaft een omgekeerde voorspanning aan de IGBT;
Pin 11 (VOUT) voert een aandrijfsignaal uit om de IGBT aan te sturen;
Voet 12 (VC) drietraps Darlington-buiscollectorvoeding;
Pin 13 (VCC2) stuurt de spanningsbron;
Pin 14 (DESAT) IGBT-kortsluitstroomdetectie;
Pen 15 (VLED2 +) optocoupler testpen, ophanging;
Voet 16 (VE) voert een referentiemassa uit.
Als VIN + normaal wordt ingevoerd, heeft pin 14 geen overstroomsignaal en betekent VCC2-VE = 12v dat de uitgangsdrivespanning normaal is, het stuursignaal een hoog niveau uitvoert en het foutsignaal en het onderspanningssignaal laag worden uitgevoerd. Eerst worden de drie signalen ingevoerd in JP3, D is laag, B is laag en 50 × DMOS is uitgeschakeld. Op dit moment zijn de vier toestanden van de invoer van JP1 laag, hoog, laag en laag van boven naar beneden, en het hoogste punt van punt A stuurt de drietraps Darlington-buis aan, en de IGBT is ook Opgewonden.