You're Reading a Free Preview
Page 3 is not shown in this preview.
MOSFET công suất và bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện [IGBT] là các phần tử cơ bản của điện tử công suất hiện đại và được sử dụng làm phần tử chuyển mạch cho dòng điện và điện áp cao. Tuy nhiên, để khớp các tín hiệu điều khiển logic điện áp thấp với các mức truyền động cổng của MOSFET và IGBT, cần phải có các thiết bị khớp trung gian - trình điều khiển điện áp cao [sau đây, cho ngắn gọn, "trình điều khiển điện áp cao" sẽ có nghĩa là "trình điều khiển điện áp cao của MOSFET và IGBT "].
Trong hầu hết các trường hợp, phân loại trình điều khiển điện áp cao sau đây được sử dụng:
- Các trình điều khiển nửa cầu bên cao và bên thấp độc lập được tích hợp trong một chip duy nhất [ Trình điều khiển bên cao và bên thấp];
- Trình điều khiển bên cao và bên thấp kết nối trong nửa cầu [ Trình điều khiển Half Bridge];
- Trình điều khiển bên cao [ trình điều khiển bên cao];
- Trình điều khiển vai thấp [ trình điều khiển bên thấp].
Trên hình. 1 hiển thị các mạch điều khiển tương ứng với các loại trình điều khiển này.
Cơm. một.
Trong trường hợp đầu tiên [Hình 1a], hai tải độc lập được điều khiển từ các tín hiệu điều khiển chung. Các tải tương ứng được kết nối giữa nguồn của bóng bán dẫn phía dưới và đường ray cung cấp điện áp cao [trình điều khiển phía thấp], và giữa cống của bóng bán dẫn phía trên và đất [trình điều khiển phía cao]. Cái gọi là điểm giữa [cống của bóng bán dẫn trên và nguồn của bóng bán dẫn dưới] không được kết nối với nhau.
Trong trường hợp thứ hai [Hình 1b], các điểm giữa được nối với nhau. Hơn nữa, tải có thể được bật ở cả trên và trên cánh tay dưới, nhưng được kết nối với điểm giữa theo cách giống như một mạch nửa cầu [cái gọi là mạch cầu đầy đủ]. Nói một cách chính xác, trong sơ đồ 1a, không có gì ngăn cản bạn kết nối các điểm giữa. Nhưng trong trường hợp này, với sự kết hợp nhất định của các tín hiệu đầu vào, có thể mở đồng thời hai bóng bán dẫn cùng một lúc và do đó, một dòng điện quá lớn chạy từ thanh cái cao áp xuống đất, sẽ dẫn đến hỏng một bóng bán dẫn. hoặc cả hai bóng bán dẫn cùng một lúc. Ngoại lệ của tình huống như vậy trong chương trình này là mối quan tâm của nhà phát triển. Trong trình điều khiển nửa cầu [sơ đồ 1b], tình huống như vậy được loại trừ ở mức logic điều khiển nội bộ của vi mạch.
Trong trường hợp thứ ba [1c], tải được kết nối giữa cống của bóng bán dẫn phía trên và đất, và trong trường hợp thứ tư [1d], giữa nguồn của bóng bán dẫn phía dưới và thanh cái điện áp cao, tức là hai "nửa" của sơ đồ 1a được thực hiện riêng biệt.
Trong những năm gần đây, STMicroelectronics chỉ tập trung [trong lĩnh vực thích hợp của trình điều khiển điện áp cao] vào trình điều khiển của hai loại đầu tiên [họ L638x Và l639x, mà sẽ được thảo luận bên dưới]. Tuy nhiên, các thiết kế trước đó chứa các IC điều khiển điều khiển bật hoặc tắt một bóng bán dẫn MOSFET hoặc IGBT [danh mục “Đơn” trong thuật ngữ STMicroelectronics]. Với một sơ đồ chuyển mạch nhất định, các trình điều khiển này có thể kiểm soát tải của cả vai trên và vai dưới. Chúng tôi cũng lưu ý đến vi mạch TD310 - ba trình điều khiển đơn độc lập trong một gói. Một giải pháp như vậy sẽ hiệu quả trong việc quản lý tải ba pha. STMicroelectronics phân loại chip này làm trình điều khiển trong danh mục "Nhiều".
L368x
Bảng 1 liệt kê thành phần và thông số của các chip họ L368x. Các vi mạch của họ này bao gồm cả trình điều khiển bên cao và bên thấp [H&L] độc lập và trình điều khiển nửa cầu [HB].
Bảng 1. Thông số trình điều khiển gia đình L638x
| L6384E | 600 | 400 | 650 | 200 | 250 | Ăn xin. | HB | IN / SD |
| L6385E | 600 | 400 | 650 | 110 | 105 | H&L | HIN / LIN | |
| L6386E | 600 | 400 | 650 | 110 | 150 | H&L | HIN / LIN / SD | |
| L6387E | 600 | 400 | 650 | 110 | 105 | H&L | HIN / LIN | |
| L6388E | 600 | 200 | 350 | 750 | 250 | 320 | HB | HIN / LIN |
Hãy giải thích một số thông số:
V OFFSET - điện áp lớn nhất có thể giữa nguồn của bóng bán dẫn phía trên và mặt đất;
I O + [I O-] - dòng điện đầu ra lớn nhất với bóng bán dẫn trên [dưới] của tầng đầu ra của vi mạch mở;
T ON [T OFF] - độ trễ truyền tín hiệu từ đầu vào HIN và LIN đến đầu ra HO và LO khi bật [tắt];
T DT - thời gian tạm dừng - một thông số liên quan đến trình điều khiển nửa cầu. Khi thay đổi trạng thái hoạt động, mạch logic bắt buộc phải tạm dừng để tránh bật nhánh trên và nhánh dưới cùng một lúc. Ví dụ: nếu cánh tay dưới tắt, thì cả hai cánh tay bị tắt trong một thời gian và chỉ khi đó cánh tay trên mới bật. Và ngược lại, nếu cánh tay trên bị tắt, thì cả hai cánh tay sẽ tắt trong một thời gian và sau đó cánh tay dưới được bật. Thời gian này có thể được cố định [như trong L6388E], hoặc được đặt bằng cách chọn giá trị của điện trở bên ngoài tương ứng [như trong L6384E].
Điều khiển. Các chip của trình điều khiển độc lập của vai trên và vai dưới được điều khiển bởi đầu vào HIN và LIN. Hơn nữa, mức cao của tín hiệu logic lần lượt bật lên, vai trên hoặc dưới của người lái xe. Ngoài ra, chip L6386E sử dụng đầu vào SD bổ sung, vô hiệu hóa cả hai nhánh, bất kể trạng thái ở đầu vào HIN và LIN.
Chip L6384E sử dụng tín hiệu SD và IN. Tín hiệu SD vô hiệu hóa cả hai nhánh, bất kể trạng thái ở đầu vào IN. Tín hiệu IN = 1 tương đương với tổ hợp các tín hiệu [HIN = 1, LIN = 0] và ngược lại, IN = 0 tương đương với tổ hợp các tín hiệu [HIN = 0, LIN = 1]. Vì vậy, về nguyên tắc, việc bật đồng thời các bóng bán dẫn của nhánh trên và nhánh dưới là không thể.
Trong chip L6388E, điều khiển được thực hiện bởi các đầu vào HIN và LIN, vì vậy về cơ bản có thể áp dụng kết hợp [HIN = 1, LIN = 1] cho các đầu vào, tuy nhiên, mạch logic bên trong chuyển đổi nó thành một tổ hợp [ HIN = 0, LIN = 0], do đó loại bỏ, bật đồng thời cả hai bóng bán dẫn.
Đối với các thông số, hãy bắt đầu với loại chip H&L.
Giá trị của V OFFSET, bằng 600 Volts, theo một nghĩa nào đó, là tiêu chuẩn cho vi mạch của lớp này.
Dòng ra I O + [I O-] 400/650 mA là giá trị trung bình cho các bóng bán dẫn đa năng thông thường. So với họ IRS [thế hệ HVIC G5], International Rectifier chủ yếu cung cấp các IC 290 / 600mA. Tuy nhiên, dòng International Rectifier cũng bao gồm các model có thông số 2500/2500 mA [IRS2113] và hiệu suất chậm hơn một chút hoặc microcircuits với dòng đầu ra lên đến 4000/4000 mA [IRS2186]. Tuy nhiên, trong trường hợp này, thời gian chuyển đổi so với L6385E tăng lên giá trị 170/170 ns.
Thời gian chuyển mạch. Giá trị T BẬT [T TẮT] là 110/105 ns [đối với L6385E] vượt quá giá trị của họ vi mạch IRS [mặc dù không đáng kể]. Hiệu suất tốt nhất [60/60 ns] đã đạt được bởi Bộ chỉnh lưu quốc tế trong mô hình IRS2011, nhưng với chi phí giảm điện áp VOFFSET xuống 200 V.
Tuy nhiên, chúng tôi lưu ý rằng STMicroelectronics cung cấp các trình điều khiển trong đó dây chung của các giai đoạn đầu vào [điện áp thấp] và đầu ra [điện áp cao] là một dây duy nhất. International Rectifier, ngoài các chip có kiến trúc tương tự, cung cấp cho các trình điều khiển các bus chung riêng biệt cho các giai đoạn đầu vào và đầu ra.
So sánh các thông số của trình điều khiển bán cầu L6384E với các sản phẩm của International Rectifier, chúng tôi có thể kết luận rằng nó kém hơn [cả về dòng đầu ra và tốc độ] chỉ so với mô hình IRS21834, thực hiện logic đầu vào HIN / -LIN. Nếu logic đầu vào IN / -SD là quan trọng, thì L6384E hoạt động tốt hơn các sản phẩm Bộ chỉnh lưu quốc tế.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn chip trình điều khiển L6385E, cấu trúc và mạch chuyển đổi của nó được hiển thị trong hình. 2.
Cơm. 2.
Vi mạch chứa hai trình điều khiển độc lập của phía trên [đầu ra HVG] và phía dưới [đầu ra LVG]. Việc triển khai trình điều khiển phía thấp là khá đơn giản, vì điện thế tại chân GND là không đổi và do đó, nhiệm vụ là chuyển đổi tín hiệu logic điện áp thấp đầu vào LIN thành mức điện áp ở đầu ra LVG cần thiết để bật bóng bán dẫn phía thấp. Ở phía trên, điện thế ở chân OUT thay đổi tùy thuộc vào trạng thái của bóng bán dẫn phía dưới. Có nhiều giải pháp mạch khác nhau được sử dụng để xây dựng tầng phía trên. Trong trường hợp này, một mạch điều khiển bootstrap tương đối đơn giản và rẻ tiền [mạch có nguồn điện "nổi"] được sử dụng. Trong sơ đồ như vậy, khoảng thời gian của xung điều khiển bị giới hạn bởi giá trị của điện dung bootstrap. Ngoài ra, cần phải cung cấp các điều kiện để nó không đổi bằng cách sử dụng một tầng dịch chuyển mức tốc độ cao điện áp cao. Giai đoạn này cung cấp sự chuyển đổi tín hiệu logic đến các mức cần thiết cho sự hoạt động ổn định của mạch điều khiển transistor phía cao.
Khi điện áp điều khiển giảm xuống dưới một giới hạn nhất định, các bóng bán dẫn đầu ra có thể chuyển sang chế độ hoạt động tuyến tính, do đó, sẽ dẫn đến quá nhiệt của tinh thể. Để ngăn chặn điều này, các mạch giám sát điện áp [UVLO - Khóa giảm áp] và đối với nhánh trên [kiểm soát tiềm năng V BOOT] và nhánh dưới [kiểm soát tiềm năng V CC].
Các trình điều khiển điện áp cao hiện đại có xu hướng tích hợp diode bootstrap vào gói mạch tích hợp. Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết của một diode bên ngoài, khá cồng kềnh so với chính chip điều khiển. Diode bootstrap tích hợp [chính xác hơn là mạch bootstrap] không chỉ được sử dụng trong trình điều khiển L6385E mà còn được sử dụng trong tất cả các vi mạch khác thuộc họ này.
L6386E là một biến thể của L6385E với các tính năng bổ sung. Cấu trúc và mạch chuyển đổi của nó được trình bày trong hình. 3.
Cơm. 3.
Sự khác biệt chính giữa L6386E và L6385E.Đầu tiên, một đầu vào SD bổ sung đã được thêm vào, mức tín hiệu thấp sẽ tắt cả hai bóng bán dẫn, bất kể trạng thái của đầu vào HIN và LIN. Thường được sử dụng như một tín hiệu tắt khẩn cấp không kết hợp với mạch tạo tín hiệu điều khiển đầu vào. Thứ hai, một tầng đã được thêm vào để điều khiển dòng điện chạy qua bóng bán dẫn của tầng thấp hơn. So sánh với mạch trước, chúng ta thấy rằng cống của bóng bán dẫn phía thấp được kết nối với đất không trực tiếp, nhưng thông qua một điện trở hiện tại [cảm biến hiện tại]. Nếu điện áp rơi trên nó vượt quá giá trị ngưỡng V REF, thì mức thấp sẽ được tạo ra ở đầu ra DIAG. Lưu ý rằng trạng thái này không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch, mà chỉ là một chỉ báo.
Vài lời về việc sử dụng chip của họ L638x. Không gian hạn chế của bài viết này không cho phép các ví dụ ứng dụng, nhưng Hướng dẫn Ứng dụng L638xE của STMicroelectronics cung cấp các ví dụ về mạch điều khiển động cơ ba pha, mạch chấn lưu đèn huỳnh quang có thể điều chỉnh độ sáng, bộ chuyển đổi DC / DC với nhiều kiến trúc khác nhau và một số cấu trúc khác . Ngoài ra còn có các sơ đồ của bảng demo cho tất cả các vi mạch thuộc họ này [bao gồm cấu trúc liên kết của bảng mạch in].
Tổng hợp các phân tích của họ L638x, chúng tôi lưu ý rằng không có đặc điểm riêng biệt về một số thông số riêng lẻ, các trình điều khiển của họ này là một trong những trình điều khiển tốt nhất trong ngành cả về sự kết hợp của các thông số và các giải pháp kỹ thuật áp dụng.
Gia đình trình điều khiển điện áp cao
mạch nửa cầu L639x
Thoạt nhìn, các vi mạch thuộc họ này có thể được coi là một bước phát triển của vi mạch L6384E. Tuy nhiên, phân tích chức năng của họ trình điều khiển L639x, rất khó để nhận ra L6384E là một nguyên mẫu [ngoại trừ có lẽ do thiếu các trình điều khiển bán cầu khác trong dòng STMicroelectronics]. Bảng 2 liệt kê thành phần và thông số của các chip họ L639x.
Ban 2. Thông số trình điều khiển gia đình L639x
| L6390 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | ăn | ăn | ăn | HIN / -LIN / -SD |
| L6392 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | ăn | HIN / -LIN / -SD | ||
| L3693 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | ăn | PH / -BR / -SD |
Tính năng chính của vi mạch thuộc họ này là sự hiện diện của các phần tử tích hợp bổ sung: bộ khuếch đại hoạt động hoặc bộ so sánh [cho L6390- cả hai]. Trên hình. 4 cho thấy cấu trúc và mạch chuyển mạch của chip L6390.
Cơm. 4.
Các yếu tố bổ sung cung cấp những lợi thế nào trong các ứng dụng thực tế? Bộ khuếch đại hoạt động [trong L6390 và L6392] được thiết kế để đo dòng điện chạy qua tải. Hơn nữa, vì cả hai đầu ra đều có sẵn [OP + và OP-], nên có thể tạo thành cả giá trị tuyệt đối và độ lệch so với một điện áp tham chiếu nhất định [ví dụ: tương ứng với giá trị cho phép lớn nhất] ở đầu ra tương ứng của vi mạch. Trong trình điều khiển L6390, bộ so sánh thực hiện một chức năng "tắt máy thông minh" rất cụ thể [ tắt máy thông minh] - I E. khi dòng điện tối đa cho phép trong tải bị vượt quá, bộ so sánh bắt đầu ảnh hưởng đến logic của trình điều khiển và cung cấp quá trình tắt tải êm ái. Tốc độ tắt máy được thiết lập bởi mạch RC kết nối với chân SD / OD. Hơn nữa, vì đầu ra này là hai chiều, nó có thể vừa là đầu ra chỉ báo lỗi cho bộ vi điều khiển vừa là đầu vào cho tắt máy cưỡng bức.
Tất cả các vi mạch đều chứa logic bảo vệ chống lại sự mở đồng thời của các bóng bán dẫn ở vai trên và dưới và do đó, sự hình thành tạm dừng khi trạng thái đầu ra thay đổi. Thời gian tạm dừng T DT cho tất cả các vi mạch của họ đều có thể lập trình được và được xác định bằng giá trị của điện trở kết nối với chân DT.
Điều khiển logic trong L6390 và L6392 cùng loại - tín hiệu HIN, LIN và SD.
Sự khác biệt chip L6393 từ L6390 và L6392 không chỉ thiếu bộ khuếch đại hoạt động. Bộ so sánh trong L6393 độc lập với phần còn lại của mạch và về nguyên tắc, có thể được sử dụng cho các mục đích tùy ý. Tuy nhiên, ứng dụng hợp lý nhất là kiểm soát dòng điện và hình thành dấu hiệu thừa [tương tự như chân DIAG trong chip L6386E đã thảo luận ở trên]. Sự khác biệt chính nằm ở logic điều khiển - sự kết hợp của các tín hiệu điều khiển PHASE, BRAKE và SD là khá hiếm [nếu không muốn nói là duy nhất] đối với các vi mạch thuộc lớp này. Biểu đồ trình tự điều khiển được hiển thị trong hình. năm.
Cơm. năm.
Xyclogram tập trung vào điều khiển trực tiếp từ các tín hiệu động cơ, ví dụ, dòng điện một chiều và thực hiện cái gọi là. cơ chế dừng chậm. Giả sử rằng PHANH là một tín hiệu đến thiết bị truyền động, tức là mức thấp của nó bật động cơ bất kể trạng thái của tín hiệu PHASE. Một lần nữa, giả sử rằng PHASE là tín hiệu từ cảm biến phản hồi, chẳng hạn như cảm biến tần số gắn trên trục động cơ hoặc cảm biến giới hạn cho biết điểm ngắt. Khi đó mức cao của tín hiệu PHANH sẽ dừng động cơ ngay lập tức, nhưng chỉ ở mức tích cực của tín hiệu PHASE. Ví dụ, nếu chúng ta đang nói về sự chuyển động của xe ngựa, thì tín hiệu dừng [PHANH mức cao] có thể được đưa ra trước, nhưng dừng sẽ chỉ xảy ra tại một điểm cụ thể [khi cảm biến PHASE được kích hoạt].
Trên hình. 6 cho thấy cấu trúc và mạch chuyển mạch của chip L6393.
Cơm. 6.
Về thông số. Giá trị của dòng đầu ra I O + [I O-], bằng 270/430 mA, thấp hơn so với vi mạch chỉnh lưu quốc tế [như đã nói ở trên, là 290/600 mA điển hình]. Tuy nhiên, các thông số động T ON / T OFF [125/125 ns] vượt trội [và thường là đáng kể] so với tất cả các chip họ IRS.
Kết luận về gia đình L639x. Với các đặc tính định lượng đủ cao, bản thân nó cho phép chúng tôi phân loại họ L639x như một công ty hàng đầu trong ngành, các chức năng bổ sung mang lại một bước nhảy vọt về chất, vì chúng cho phép thực hiện trong một vi mạch những chức năng đã được thực hiện trước đây bằng cách sử dụng một số thành phần bổ sung.
Phần kết luận
Tất nhiên, phạm vi của các trình điều khiển điện áp cao từ STMicroelectronics không thể được coi là rất rộng [ít nhất là so với các sản phẩm tương tự của International Rectifier]. Tuy nhiên, các đặc điểm định lượng và chất lượng của các họ được coi là không thua kém các sản phẩm IR tốt nhất.
Nói đến trình điều khiển MOSFET và IGBT, người ta không thể không nhắc đến chính các bóng bán dẫn; STMicroelectronics tạo ra một loạt hiệu ứng trường khá rộng [ví dụ, MDMESH V và SuperMesh3] và các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện. Vì các thành phần điện tử này gần đây đã được đề cập trong tạp chí này, nên chúng nằm ngoài phạm vi của bài báo này.
Cuối cùng, như đã đề cập ở trên, dòng trình điều khiển MOSFET và IGBT của STMicroelectronics không giới hạn ở trình điều khiển nửa cầu. Danh pháp của trình điều khiển thuộc danh mục "Đơn" và "Nhiều" và các thông số của chúng có thể được tìm thấy trên trang web chính thức của STMicroelectronics - //www.st.com/ .
Văn học
1. Hướng dẫn Ứng dụng L638xE // Tài liệu ST Vi điện tử an5641.pdf.
2. Yachmennikov V. Tăng hiệu suất với transistor MDmesh V // Tin tức Điện tử, số 14, 2009.
3. Ilyin P., Alimov N. Đánh giá về STMicroelectronics MOSFET và IGBT // Tin tức Điện tử, số 2, 2009.
4. Medzhahed D. Các giải pháp hiệu quả cao dựa trên bóng bán dẫn SuperMESH3 // Tin tức Điện tử, số 16, 2009.
MDMEDH V trong gói PowerFlat
STMicroelectronics, một công ty hàng đầu thế giới về MOSFETs công suất, đã phát triển một gói PowerFlat mới, hiệu suất cao cho dòng bóng bán dẫn MDMESH V, được thiết kế đặc biệt để gắn trên bề mặt. Kích thước vỏ 8x8 mm với chiều cao 1 mm [PowerFlat 8x8 HV]. Chiều cao thấp của nó cho phép bạn tạo ra các bộ nguồn mỏng hơn, cũng như giảm kích thước của bảng mạch in hoặc tăng mật độ lắp đặt. Tiếp xúc cống trong gói PowerFlat là một bề mặt kim loại tiếp xúc lớn, giúp cải thiện khả năng tản nhiệt và do đó cải thiện độ tin cậy. Vỏ này có khả năng hoạt động trong phạm vi nhiệt độ -55… 150 ° C.
Các bóng bán dẫn thuộc họ MDMESH V là các bóng bán dẫn tốt nhất trên thế giới về điện trở kênh hở trong dải điện áp hoạt động 500 ... 650 V. Ví dụ, các bóng bán dẫn của dòng STW77N65M5 từ họ MDMESH V có giá trị Rdson tối đa là 0,033 Ohm cho điện áp hoạt động là 650 V và dòng tĩnh tối đa là 69 A. Đồng thời, điện tích cổng của một bóng bán dẫn như vậy chỉ là 200 nK. STL21N65M5 - nó là bóng bán dẫn đầu tiên từ họ MDMESH V trong gói PowerFlat. Với điện áp hoạt động là 650 V, bóng bán dẫn STL21N65M5 có điện trở kênh hở là 0,190 ôm và dòng tĩnh tối đa là 17 A, trong khi điện tích cổng của nó là 50 nK.
Giới thiệu về ST MicroelectronicsHiện tại, các bóng bán dẫn MOSFET và IGBT chủ yếu được sử dụng làm công tắc nguồn của công suất cao và trung bình. Nếu chúng ta coi các bóng bán dẫn này là tải cho mạch điều khiển của chúng, thì chúng là các tụ điện có dung lượng hàng nghìn picofarads. Để mở bóng bán dẫn, điện dung này phải được sạc, và khi đóng lại, nó phải được phóng điện, và càng nhanh càng tốt. Bạn cần làm điều này không chỉ để bóng bán dẫn của bạn có thời gian làm việc ở tần số cao. Điện áp cổng của bóng bán dẫn càng cao, điện trở kênh của MOSFET càng thấp hoặc điện áp bão hòa bộ thu-phát của bóng bán dẫn IGBT càng thấp. Điện áp ngưỡng để mở bóng bán dẫn thường là 2–4 vôn và mức tối đa mà bóng bán dẫn mở hoàn toàn là 10–15 vôn. Do đó, điện áp 10-15 vôn nên được áp dụng. Nhưng ngay cả trong trường hợp này, điện dung cổng không được sạc ngay lập tức và trong một thời gian bóng bán dẫn hoạt động trong một phần không tuyến tính của đặc tính của nó với điện trở kênh lớn, dẫn đến sụt áp lớn trên bóng bán dẫn và làm nóng quá mức của bóng bán dẫn. Đây là cái gọi là biểu hiện của hiệu ứng Miller.
Để điện dung cổng nhanh chóng sạc và bóng bán dẫn mở ra, điều cần thiết là mạch điều khiển của bạn có thể cung cấp càng nhiều dòng điện càng tốt để sạc bóng bán dẫn. Điện dung cổng của bóng bán dẫn có thể được tìm thấy từ dữ liệu hộ chiếu cho sản phẩm và trong tính toán, nên lấy Cvx = Ciss.
Ví dụ, lấy MOSFET - bóng bán dẫn IRF740. Nó có các đặc điểm sau đây mà chúng tôi quan tâm:
Thời gian tăng - Tr = 27 [ns]
Thời gian đóng cửa [Giờ mùa thu - Tf] = 24 [ns]
Điện dung đầu vào [Điện dung đầu vào - Ciss] = 1400 [pF]
Dòng mở bóng bán dẫn tối đa được tính như sau:
Dòng đóng tối đa của bóng bán dẫn được xác định theo nguyên tắc tương tự:
Vì chúng ta thường sử dụng 12 volt để cấp nguồn cho mạch điều khiển, chúng ta sẽ xác định điện trở giới hạn dòng điện bằng cách sử dụng định luật Ohm.
Đó là, điện trở Rg \ u003d 20 Ohm, theo sê-ri E24 tiêu chuẩn.
Lưu ý rằng nó sẽ không hoạt động để điều khiển bóng bán dẫn như vậy trực tiếp từ bộ điều khiển, tôi sẽ nhập rằng điện áp tối đa mà bộ điều khiển có thể cung cấp sẽ nằm trong khoảng 5 vôn và dòng điện tối đa trong vòng 50 mA. Đầu ra của bộ điều khiển sẽ bị quá tải và hiệu ứng Miller sẽ xuất hiện trên bóng bán dẫn, và mạch của bạn sẽ hỏng rất nhanh, vì ai đó, cả bộ điều khiển hoặc bóng bán dẫn, sẽ quá nóng sớm hơn. Vì vậy, cần phải lựa chọn tài xế phù hợp. Trình điều khiển là một bộ khuếch đại công suất xung và được thiết kế để điều khiển các công tắc nguồn. Trình điều khiển có thể là phím trên và dưới riêng biệt hoặc được kết hợp thành một gói thành trình điều khiển phím trên và dưới, chẳng hạn như IR2110 hoặc IR2113. Dựa trên thông tin ở trên, chúng ta cần chọn một trình điều khiển có khả năng duy trì dòng điện cổng bóng bán dẫn Ig = 622 mA.
Do đó, trình điều khiển IR2011 phù hợp với chúng tôi, có khả năng hỗ trợ dòng cổng Ig = 1000 mA.
Cũng cần tính đến điện áp tải tối đa mà các phím sẽ chuyển đổi. Trong trường hợp này, nó bằng 200 vôn.
Thông số tiếp theo, rất quan trọng là tốc độ khóa. Điều này loại bỏ dòng chảy qua trong các mạch đẩy kéo được thể hiện trong hình bên dưới, gây ra tổn thất và quá nhiệt.
Nếu bạn đọc kỹ phần đầu của bài viết, thì theo dữ liệu hộ chiếu của bóng bán dẫn, có thể thấy rằng thời gian đóng phải nhỏ hơn thời gian mở và theo đó, dòng điện khóa cao hơn dòng mở nếu> Ir. Dòng đóng cao hơn có thể được cung cấp bằng cách giảm điện trở Rg, nhưng sau đó dòng mở cũng sẽ tăng lên, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ lớn của xung điện áp chuyển mạch khi tắt, tùy thuộc vào tốc độ phân rã dòng di / dt. Theo quan điểm này, việc tăng tốc độ chuyển mạch là một yếu tố tiêu cực làm giảm độ tin cậy của thiết bị.
Trong trường hợp này, chúng ta sẽ sử dụng đặc tính đáng chú ý của chất bán dẫn để vượt qua dòng điện theo một hướng, và lắp đặt một diode trong mạch cổng để vượt qua dòng điện tắt của bóng bán dẫn If.
Do đó, dòng mở khóa Ir sẽ chạy qua điện trở R1, và dòng khóa If sẽ chạy qua diode VD1, và vì điện trở của điểm nối pn của diode nhỏ hơn nhiều so với điện trở của điện trở R1, thì If> Ir. Để dòng chặn không vượt quá giá trị của nó, chúng ta bật một điện trở nối tiếp với diode, điện trở của nó được xác định bằng cách bỏ qua điện trở của diode ở trạng thái mở.
Hãy lấy giá trị nhỏ hơn gần nhất từ chuỗi tiêu chuẩn E24 R2 = 16 Ohm.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét tên của trình điều khiển của phím trên và phím dưới có nghĩa là gì. Được biết, các bóng bán dẫn MOSFET và IGBT được điều khiển bằng điện áp, cụ thể là điện áp nguồn cổng [Gate-Source] Ugs.
Phím trên và dưới là gì? Hình dưới đây là sơ đồ của một nửa cầu. Lược đồ này chứa các khóa trên và khóa dưới, tương ứng là VT1 và VT2. Phím trên cùng VT1 được kết nối bằng cống với nguồn cộng của nguồn Vcc, và bằng nguồn với tải và phải được mở bằng điện áp đặt vào nguồn. Khóa dưới, bằng cống, được kết nối với tải, và bằng nguồn với nguồn cung cấp trừ [đất], và phải được mở bằng điện áp đặt so với mặt đất.
Và nếu mọi thứ rất rõ ràng với phím dưới, được đặt 12 vôn vào nó - nó mở ra, đặt 0 vôn vào nó - nó đóng lại, thì một mạch đặc biệt là cần thiết cho phím trên, sẽ mở nó tương ứng với điện áp tại nguồn của bóng bán dẫn. Một chương trình như vậy đã được thực hiện bên trong trình điều khiển. Tất cả những gì chúng ta cần là thêm một điện dung tăng cường C2 vào trình điều khiển, điện dung này sẽ được sạc bằng điện áp cung cấp cho trình điều khiển, nhưng liên quan đến nguồn của bóng bán dẫn, như thể hiện trong hình bên dưới. Với điện áp này, phím trên sẽ được mở khóa.
Mạch này khá hiệu quả, nhưng việc sử dụng điện dung tăng cường cho phép nó hoạt động trong phạm vi hẹp. Điện dung này được sạc khi bóng bán dẫn phía dưới bật và không được quá lớn nếu mạch hoạt động ở tần số cao, cũng như không được quá nhỏ khi hoạt động ở tần số thấp. Tức là với thiết kế này, chúng ta không thể giữ phím trên mở vô thời hạn, nó sẽ đóng lại ngay sau khi tụ C2 phóng điện, nhưng nếu bạn sử dụng điện dung lớn hơn thì có thể nó sẽ không có thời gian sạc lại bởi thời gian hoạt động tiếp theo của transistor. .
Chúng tôi đã gặp vấn đề này hơn một lần và rất thường xuyên phải thử nghiệm việc lựa chọn điện dung tăng áp khi thay đổi tần số chuyển mạch hoặc thuật toán của mạch. Vấn đề đã được giải quyết theo thời gian và rất đơn giản, theo cách đáng tin cậy và "gần như rẻ" nhất. Nghiên cứu Tài liệu tham khảo kỹ thuật cho DMC1500, chúng tôi quan tâm đến mục đích của đầu nối P8.
Sau khi đọc kỹ hướng dẫn sử dụng và hiểu rõ về mạch điện của toàn bộ ổ đĩa, hóa ra đây là đầu nối để kết nối một nguồn điện riêng biệt, được cách ly bằng điện. Chúng ta kết nối điểm trừ của nguồn điện với nguồn của phím trên, và điểm cộng với đầu vào của trình điều khiển Vb và chân dương của điện dung tăng áp. Do đó, tụ điện được sạc liên tục, do đó có thể giữ cho phím trên luôn mở trong thời gian cần thiết, bất kể trạng thái của phím dưới là gì. Việc bổ sung này cho lược đồ cho phép bạn triển khai bất kỳ thuật toán chuyển đổi khóa nào.
Là nguồn điện để sạc điện dung tăng áp, bạn có thể sử dụng máy biến áp thông thường với bộ chỉnh lưu và bộ lọc hoặc bộ chuyển đổi DC-DC.
Trình điều khiển MOSFET và IGBT là thiết bị điều khiển các thiết bị bán dẫn mạnh mẽ trong các giai đoạn đầu ra của bộ chuyển đổi năng lượng điện. Chúng được sử dụng như một liên kết trung gian giữa mạch điều khiển [bộ điều khiển hoặc bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số] và các bộ truyền động mạnh mẽ.
Các giai đoạn phát triển của năng lượng [công suất] điện tử được xác định bởi những tiến bộ trong công nghệ công tắc nguồn và mạch điều khiển của chúng. Hướng chủ đạo trong điện tử công suất là tăng tần số hoạt động của các bộ chuyển đổi là một phần của việc chuyển đổi nguồn điện. Việc chuyển đổi điện năng ở tần số cao hơn giúp cải thiện các đặc tính về trọng lượng và kích thước riêng của máy biến áp xung, tụ điện và cuộn cảm lọc. Các thông số động và tĩnh của các thiết bị nguồn không ngừng được cải thiện, nhưng các công tắc mạnh mẽ cũng phải được quản lý một cách hiệu quả. Để có sự tương tác cân bằng giữa mạch điều khiển và các tầng đầu ra, các trình điều khiển bóng bán dẫn MOSFET và IGBT tốc độ cao mạnh mẽ được thiết kế. Các trình điều khiển có dòng đầu ra cao [lên đến 9A], thời gian tăng ngắn, sụt giảm, chậm trễ và các tính năng thú vị khác. Phân loại trình điều khiển được thể hiện trong Hình 2.15.
Hình 2.15 - Phân loại trình điều khiển
Trình điều khiển phải có ít nhất một chân bên ngoài [hai trong mạch đẩy-kéo] được yêu cầu. Nó có thể đóng vai trò như một bộ tiền khuếch đại, cũng như trực tiếp là một phần tử quan trọng trong thành phần của nguồn điện chuyển mạch.
Là một thiết bị được điều khiển trong mạch nguồn cho các mục đích khác nhau, bóng bán dẫn lưỡng cực, bóng bán dẫn MOS và thiết bị loại kích hoạt [thyristor, triac] có thể được sử dụng. Các yêu cầu đối với trình điều khiển thực hiện điều khiển tối ưu trong mỗi trường hợp này là khác nhau. Trình điều khiển bóng bán dẫn lưỡng cực phải kiểm soát dòng điện cơ bản khi bật và đảm bảo rằng các hạt tải điện thiểu số trong đế được hấp thụ ở giai đoạn tắt. Trong trường hợp này, các giá trị lớn nhất của dòng điều khiển chỉ khác một chút so với các giá trị trung bình trong khoảng thời gian tương ứng. Bóng bán dẫn MOS được điều khiển điện áp, tuy nhiên, khi bắt đầu khoảng thời gian bật và tắt, trình điều khiển phải vượt qua dòng xung lớn để sạc và xả điện dung của thiết bị. Các thiết bị thuộc loại kích hoạt chỉ yêu cầu hình thành xung dòng điện ngắn khi bắt đầu khoảng thời gian chuyển mạch, vì quá trình tắt [chuyển mạch] trong các thiết bị phổ biến nhất xảy ra dọc theo điện cực chính chứ không phải các điện cực điều khiển. Tất cả các yêu cầu này phải được thỏa mãn ở một mức độ nào đó bởi các trình điều khiển tương ứng.
Hình 2.16 ... 2.18 cho thấy các mạch điển hình để chuyển đổi trên các bóng bán dẫn MOS lưỡng cực và hiệu ứng trường bằng cách sử dụng một bóng bán dẫn trong trình điều khiển. Đây là những mạch được gọi là mạch có đóng cắt thụ động của bóng bán dẫn công suất. Có thể thấy trên hình, các mạch này khá giống nhau về cấu trúc trình điều khiển, cho phép sử dụng các mạch giống nhau để điều khiển cả hai loại bóng bán dẫn. Trong trường hợp này, sự hấp thụ các hạt tải điện tích lũy trong cấu trúc của bóng bán dẫn xảy ra thông qua một phần tử thụ động - một điện trở bên ngoài. Điện trở của nó, không chỉ làm tắt quá trình chuyển đổi điều khiển khi tắt mà còn trong khoảng thời gian bật, không được chọn quá nhỏ, điều này làm hạn chế tốc độ hấp thụ điện tích.
Để tăng tốc độ của bóng bán dẫn và tạo ra các công tắc tần số cao, cần phải giảm điện trở của mạch đặt lại điện tích. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bóng bán dẫn đặt lại, chỉ được bật trong khoảng thời gian tạm dừng. Các mạch điều khiển tương ứng cho transistor lưỡng cực và MOS được thể hiện trên hình 2.17.
Bài báo dành cho sự phát triển của LLC "Electrum AV" để sử dụng trong công nghiệp, theo đặc điểm của chúng, tương tự như các thiết bị mô-đun do Semikron và CT Concept sản xuất.
Các khái niệm hiện đại về sự phát triển của điện tử công suất, mức độ cơ sở công nghệ của vi điện tử hiện đại xác định sự phát triển tích cực của các hệ thống được xây dựng trên các thiết bị IGBT với nhiều cấu hình và công suất khác nhau. Trong chương trình nhà nước "Cơ sở Công nghệ Quốc gia", hai công trình được dành cho lĩnh vực này về sự phát triển của một loạt các mô-đun IGBT công suất trung bình tại doanh nghiệp Kontur [Cheboksary] và một loạt các mô-đun IGBT công suất cao tại doanh nghiệp Kremniy [Bryansk] . Đồng thời, việc sử dụng và phát triển các hệ thống dựa trên mô-đun IGBT bị hạn chế do thiếu các thiết bị điều khiển nội địa để điều khiển các cổng IGBT. Vấn đề này cũng liên quan đến các bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao được sử dụng trong các hệ thống biến đổi có điện áp lên đến 200 V.
Hiện nay, trên thị trường "điện tử" của Nga, các thiết bị điều khiển bóng bán dẫn hiệu ứng trường và IGBT công suất cao được đại diện bởi Agilent Technologies, IR, Powerex, Semikron, CT Concept. Các sản phẩm IR và Agilent chỉ chứa bộ điều hòa tín hiệu điều khiển bóng bán dẫn và các mạch bảo vệ và yêu cầu các phần tử bổ sung trong trường hợp làm việc với bóng bán dẫn công suất cao hoặc ở tần số cao cho ứng dụng của chúng: các giai đoạn đầu ra bên ngoài để tạo tín hiệu điều khiển cổng với độ dốc cạnh yêu cầu, bảo vệ các phần tử [điốt zener, điốt, v.v.], phần tử giao diện của hệ thống điều khiển [logic đầu vào, hình thành sơ đồ điều khiển cho thiết bị bán cầu, tín hiệu trạng thái cách ly quang học về trạng thái của bóng bán dẫn được điều khiển, điện áp nguồn, v.v.]. Các sản phẩm Powerex cũng yêu cầu bộ chuyển đổi DC / DC, trong khi kết hợp TTL, CMOS và FO yêu cầu các thành phần bên ngoài bổ sung. Ngoài ra, không có tín hiệu trạng thái cần thiết với cách ly điện.
Hoàn thiện nhất về mặt chức năng là Semikron's [dòng SKHI] và CT Concept [loại Standard hoặc SCALE]. Trình điều khiển CT Concept của dòng Standart và trình điều khiển SKHI được làm dưới dạng bảng mạch in có đầu nối để kết nối với hệ thống điều khiển và bóng bán dẫn được điều khiển với các phần tử cần thiết được cài đặt trên chúng và có khả năng cài đặt phần tử điều chỉnh bởi người tiêu dùng. Xét về các tính năng chức năng và tham số của chúng, các sản phẩm gần giống nhau.
Danh pháp của trình điều khiển SKHI được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1. Danh pháp của trình điều khiển SKHI
| Loại trình điều khiển Semikron | Số kênh | Điện áp tối đa trên điều khiển. bóng bán dẫn xé, V | Thay đổi điện áp cổng, V | Số lần hiển thị tối đa ngoài. hiện tại, A | Điện tích cổng tối đa, µC | Tần số, kHz | Điện áp cách điện, kV | DU / dt, kV / µs |
| SKHI 10/12 | 1 | 1200 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 17/10 | 1 | 1700 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 21A | 1 | 1200 | +15/–0 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A / 22V | 2 | 1200 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A / H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 22V / H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 23/12 | 2 | 1200 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 23/17 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 24 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 5 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 26W | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 26F | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 27W | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 27F | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 61 | 6 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHI 71 | 7 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHIBS 01 | 7 | 1200 | +15/–8 | 1,5 | 0,75 | 20 | 2,5 | 15 |
Trình điều khiển SCALE của CT Concept dựa trên một tổ hợp lai cơ bản và bao gồm các phần tử chính để điều khiển các bóng bán dẫn hiệu ứng trường hoặc IGBT công suất cao, được gắn trên bảng mạch in, với khả năng cài đặt các phần tử điều chỉnh cần thiết. Bo mạch cũng được trang bị các đầu nối và ổ cắm cần thiết.
Phạm vi của các cụm trình điều khiển SCALE hybrid cơ bản từ CT Concept được thể hiện trong Bảng 2.
Thiết bị trình điều khiển do Electrum AV sản xuất là những thiết bị hoàn chỉnh, hoàn chỉnh về mặt chức năng có chứa tất cả các yếu tố cần thiết để điều khiển các cổng của bóng bán dẫn mạnh mẽ, cung cấp mức độ phù hợp cần thiết của tín hiệu hiện tại và tín hiệu tiềm năng, thời gian tăng và độ trễ, cũng như mức độ cần thiết của bảo vệ cho các bóng bán dẫn được điều khiển ở mức điện áp bão hòa nguy hiểm [quá tải dòng điện hoặc ngắn mạch] và điện áp cổng không đủ. Các bộ chuyển đổi DC / DC được sử dụng và các giai đoạn đầu ra của bóng bán dẫn có công suất cần thiết để đảm bảo chuyển đổi các bóng bán dẫn được điều khiển bằng bất kỳ nguồn điện nào với tốc độ đủ để đảm bảo tổn thất chuyển mạch tối thiểu. Bộ chuyển đổi DC / DC và bộ ghép quang có đủ mức cách ly điện cho các ứng dụng điện áp cao.
Bảng 2. Danh pháp của các cụm hybrid cơ bản của trình điều khiển SCALE từ CT Concept
| Loại trình điều khiển khái niệm CT | Số kênh | Cung cấp niềm tin trình điều khiển điện áp, V | Số lần hiển thị tối đa sản lượng hiện tại, A | Điện áp tối đa trên ex. bóng bán dẫn xé, V | Công suất đầu ra, W | Chậm trễ, ns | Điện áp cách ly, V | du / dt, kV / µs | cổng |
| IGD 508E | 1 | ± 15 | ± 8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Vols | |
| IGD 515E | 1 | ± 15 | ± 15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Vols | |
| IGD 608E | 1 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IGD608A1 17 | 1 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IGD 615A | 1 | ± 15 | ± 15 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IGD615A1 17 | 1 | ± 15 | ± 15 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IHD 215A | 2 | ± 15 | ± 1,5 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IHD 280A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IHD280A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IHD 680A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IHD680A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Xuất thần |
| IHD580F | 2 | ± 15 | ± 8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | Vols |
Bài viết này sẽ trình bày các thiết bị MD115, MD150, MD180 [MD115P, MD150P, MD180P] để điều khiển các bóng bán dẫn đơn, cũng như MD215, MD250, MD280 [MD215P, MD250P, MD280P] để điều khiển thiết bị bán cầu.
Mô-đun điều khiển IGBT đơn kênh và các bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
Mô-đun trình điều khiển MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P là một mạch tích hợp kết hợp để điều khiển IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao, kể cả trong trường hợp kết nối song song của chúng. Mô-đun cung cấp sự phù hợp của các mức dòng điện và điện áp với hầu hết các IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ với điện áp tối đa cho phép lên đến 1700 V, bảo vệ chống quá tải hoặc ngắn mạch, chống lại không đủ điện áp ở cổng bóng bán dẫn. Trình điều khiển tạo ra tín hiệu "tai nạn" trong trường hợp vi phạm chế độ hoạt động của bóng bán dẫn. Với sự trợ giúp của các yếu tố bên ngoài, chế độ hoạt động của trình điều khiển được cấu hình để điều khiển tối ưu các loại bóng bán dẫn khác nhau. Trình điều khiển có thể được sử dụng để điều khiển các bóng bán dẫn có đầu ra "Kelvin" hoặc để điều khiển dòng điện bằng điện trở cảm nhận hiện tại. Thiết bị MD115P, MD150P, MD180P chứa bộ chuyển đổi DC / DC tích hợp để cấp nguồn cho các giai đoạn đầu ra của trình điều khiển. Thiết bị MD115, MD150, MD180 yêu cầu nguồn điện cách ly bên ngoài.
Gim lại công việc được giao
1 - "khẩn cấp +" 2 - "khẩn cấp -" 3 - "đầu vào +" 4 - "đầu vào -" 5 - "Nguồn cung cấp +" [chỉ dành cho các kiểu máy có chỉ số "P"] 6 - "Nguồn cung cấp U -" [chỉ đối với các kiểu máy có chỉ số “P”] 7 - “Thông dụng” 8 - “Nguồn cung cấp + E” 9 - “đầu ra” - điều khiển cổng bóng bán dẫn 10 - “Nguồn cung cấp –E” 11 - “ví dụ” - đầu vào để theo dõi điện áp bão hòa của bóng bán dẫn được điều khiển 12 - "dòng điện" - đầu vào để điều khiển dòng điện chạy qua bóng bán dẫn được điều khiển
IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I IGBT kênh đôi và mô-đun trình điều khiển FET công suất
Mô-đun trình điều khiển MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P - một mạch tích hợp lai để điều khiển IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ trong hai kênh, cả độc lập và kết nối nửa cầu, kể cả khi bóng bán dẫn được kết nối song song. Trình điều khiển cung cấp sự phù hợp của các mức dòng điện và điện áp với hầu hết các IGBT và các bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ với điện áp tối đa cho phép lên đến 1700 V, bảo vệ chống quá tải hoặc ngắn mạch, không đủ điện áp ở cổng bóng bán dẫn. Các đầu vào trình điều khiển được cách ly bằng điện với phần nguồn có điện áp cách ly 4 kV. Trình điều khiển chứa các bộ chuyển đổi DC / DC bên trong tạo thành các mức cần thiết để điều khiển các cổng của bóng bán dẫn. Thiết bị tạo ra các tín hiệu trạng thái cần thiết đặc trưng cho chế độ hoạt động của bóng bán dẫn, cũng như sự hiện diện của nguồn điện. Với sự trợ giúp của các yếu tố bên ngoài, chế độ hoạt động của trình điều khiển được cấu hình để điều khiển tối ưu các loại bóng bán dẫn khác nhau.
Bảng 4. Chỉ định các chân của mô-đun điều khiển IGBT kênh đôi và các bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất
| Số pin | Chỉ định | Chức năng | Số pin | Chỉ định | Chức năng |
| 14 | ВХ1 "+" | Đầu vào điều khiển trực tiếp của kênh đầu tiên | 15 | IR | Bộ thu đo để theo dõi điện áp bão hòa trên bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên |
| 13 | BX1 "-" | Đầu vào điều khiển đảo ngược của kênh đầu tiên | 16 | SG1 | Đầu vào điều khiển điện áp bão hòa với ngưỡng điều chỉnh và thời gian chặn của kênh đầu tiên |
| 12 | ST "+ E hố" | Trạng thái của điện áp cung cấp của giai đoạn đầu ra của kênh đầu tiên | 17 | Out2 | Đầu ra điều khiển cổng bóng bán dẫn với thời gian bật có thể điều chỉnh của bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên |
| 11 | Sz | Đầu vào để kết nối một tụ điện bổ sung [đặt thời gian trễ bật] của kênh đầu tiên | 18 | Out1 | Đầu ra điều khiển cổng bóng bán dẫn với thời gian tắt có thể điều chỉnh của bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên |
| 10 | ST | Đầu ra trạng thái cảnh báo trên bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên | 19 | –E hố | |
| 9 | KHỐI | Đầu vào khóa liên động | 20 | Chung | Cung cấp đầu ra điện áp của phần nguồn của trình điều khiển kênh đầu tiên |
| 8 | Không liên quan | 21 | + E hố | Cung cấp đầu ra điện áp của phần nguồn của trình điều khiển kênh đầu tiên | |
| 7 | + 5V | 22 | + E hố " | ||
| 6 | Đầu vào để kết nối nguồn điện của mạch đầu vào | 23 | Chung" | Cung cấp đầu ra điện áp của phần nguồn của trình điều khiển kênh thứ hai | |
| 5 | BX2 "+" | Đầu vào điều khiển trực tiếp của kênh thứ hai | 24 | –E hố ” | Cung cấp đầu ra điện áp của phần nguồn của trình điều khiển kênh thứ hai |
| 4 | BX2 "-" | Đầu vào điều khiển đảo ngược của kênh thứ hai | 25 | Out1 " | Đầu ra điều khiển cổng bóng bán dẫn với thời gian bật có thể điều chỉnh của bóng bán dẫn được điều khiển của kênh thứ hai |
| 3 | ST "+ E hố" 9 | Trạng thái của điện áp cung cấp của giai đoạn đầu ra của kênh thứ hai | 26 | Out2 " | Đầu ra điều khiển cổng bóng bán dẫn với thời gian tắt có thể điều chỉnh của bóng bán dẫn được điều khiển của kênh thứ hai |
| 2 | Sz9 | Đầu vào để kết nối một tụ điện bổ sung [đặt thời gian trễ chuyển mạch] của kênh thứ hai | 27 | IK1 " | Đầu vào điều khiển điện áp bão hòa với ngưỡng điều chỉnh và thời gian chặn của kênh thứ hai |
| 1 | ST9 | Đầu ra trạng thái cảnh báo trên bóng bán dẫn được điều khiển của kênh thứ hai | 28 | IR " | Bộ thu đo để theo dõi điện áp bão hòa trên bóng bán dẫn được điều khiển của kênh thứ hai |
Thiết bị của cả hai loại МД1ХХХ và МД2ХХХ đảm bảo hình thành tín hiệu điều khiển cho cổng bóng bán dẫn với dòng sạc và xả có thể điều chỉnh riêng biệt, với các thông số động lực cần thiết, cung cấp khả năng điều khiển điện áp và bảo vệ cổng bóng bán dẫn trong trường hợp điện áp trên chúng không đủ hoặc quá mức. Cả hai loại thiết bị đều giám sát điện áp bão hòa của bóng bán dẫn được điều khiển và thực hiện tắt tải khẩn cấp trơn tru trong các tình huống quan trọng, tạo ra tín hiệu cách ly optocoupler cho biết điều này. Ngoài các chức năng này, các thiết bị của dòng MD1XXX có khả năng kiểm soát dòng điện thông qua bóng bán dẫn được điều khiển bằng cách sử dụng một điện trở đo dòng điện bên ngoài - một "shunt". Những điện trở như vậy, với điện trở từ 0,1 đến vài mOhm và công suất hàng chục và hàng trăm watt, được làm trên đế gốm ở dạng dải nichrome hoặc manganin có dạng hình học chính xác với xếp hạng có thể điều chỉnh, cũng được phát triển bởi Electrum AV LLC. Thông tin chi tiết hơn về chúng có thể được tìm thấy trên trang web www.orel.ru/voloshin.
Bảng 5. Các thông số điện chính
| mạch đầu vào | |||
| tối thiểu | thể loại. | Tối đa | |
| Điện áp cung cấp, V | 4,5 | 5 | 18 |
| Dòng tiêu thụ, mA | không quá 80 không tải không quá 300mA có tải | ||
| Logic đầu vào | CMOS 3 -15 V, TTL | ||
| Kiểm soát dòng điện đầu vào, mA | không quá 0,5 | ||
| Điện áp đầu ra st, V | không quá 15 | ||
| Dòng điện đầu ra trên đầu ra st, mA | ít nhất 10 | ||
| mạch đầu ra | |||
| Dòng đầu ra cao nhất, A | |||
| MD215 | không quá 1,5 | ||
| MD250 | không quá 5,0 | ||
| MD280 | không quá 8,0 | ||
| Dòng điện trung bình đầu ra, mA | không quá 40 | ||
| Tần số chuyển mạch tối đa, kHz | ít nhất 100 | ||
| Tốc độ thay đổi điện áp, kV / μs | ít nhất 50 | ||
| Điện áp tối đa trên bóng bán dẫn được điều khiển, V | ít nhất 1200 | ||
| Bộ chuyển đổi DC / DC | |||
| Điện áp đầu ra, V | ít nhất 15 | ||
| Công suất, W | ít nhất 1 ít nhất 6 [đối với kiểu máy có chỉ số M] | ||
| hiệu quả | ít nhất 80% | ||
| Đặc điểm động | |||
| Độ trễ đầu vào đầu ra t on, µs | không quá 1 | ||
| Độ trễ tắt máy còn lại t tắt, mili giây | không quá 0,5 | ||
| Độ trễ bật trạng thái, µs | không quá 1 | ||
| Thời gian phục hồi sau khi hoạt động bảo vệ, μs | không quá 10 | ||
| không ít hơn 1 [đặt theo dung lượng Ct, Ct "] | |||
| Thời gian đáp ứng của mạch bảo vệ điện áp bão hòa khi bóng bán dẫn được bật tblock, μs | ít nhất 1 | ||
| Điện áp ngưỡng | |||
| tối thiểu | thể loại. | Tối đa | |
| Ngưỡng hoạt động của bảo vệ đối với nguồn cung cấp không đủ E, V | 10,4 | 11 | 11,7 |
| Mạch bảo vệ điện áp bão hòa của bóng bán dẫn được điều khiển đảm bảo rằng đầu ra được tắt và tín hiệu CT được tạo ra ở điện áp ở đầu vào “IK”, V | 6 | 6,5 | 7 |
| Vật liệu cách nhiệt | |||
| Điện áp cách ly của tín hiệu điều khiển so với tín hiệu nguồn, V | ít nhất 4000 điện áp AC | ||
| Điện áp cách điện bộ chuyển đổi DC / DC, V | không ít hơn 3000 điện áp DC |
Các trình điều khiển được đề xuất cho phép bạn điều khiển các bóng bán dẫn ở tần số cao [lên đến 100 kHz], cho phép bạn đạt được các quy trình chuyển đổi hiệu quả rất cao.
Các thiết bị thuộc dòng MD2ХХХ có khối logic đầu vào tích hợp cho phép bạn điều khiển các tín hiệu với các giá trị khác nhau từ 3 đến 15 V [CMOS] và các mức TTL tiêu chuẩn, đồng thời cung cấp mức tín hiệu điều khiển cổng bóng bán dẫn giống hệt nhau và tạo thành thời gian trễ để chuyển đổi nhánh trên và nhánh dưới của nửa cầu, giúp đảm bảo không có dòng điện chạy qua.
Các tính năng của việc sử dụng trình điều khiển trên ví dụ của thiết bị MD2XXX
Đánh giá ngắn
Mô-đun trình điều khiển MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P là mô-đun điều khiển đa năng được thiết kế để chuyển đổi IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao.
Tất cả các loại MD2XXX đều có các tiếp điểm tương thích lẫn nhau và chỉ khác nhau về mức độ dòng điện xung tối đa.
Các loại MD công suất cao hơn - MD250, MD280, MD250P, MD280P rất phù hợp với hầu hết các mô-đun hoặc một số bóng bán dẫn được kết nối song song được sử dụng ở tần số cao.
Các mô-đun trình điều khiển dòng MD2XXX cung cấp giải pháp hoàn chỉnh để kiểm soát và bảo vệ các vấn đề đối với IGBT và FET công suất. Trên thực tế, không có thành phần bổ sung nào được yêu cầu trong phần đầu vào hoặc phần đầu ra.
Hoạt động
Mô-đun trình điều khiển MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P cho mỗi một trong hai kênh chứa:
- một mạch đầu vào cung cấp sự phù hợp mức tín hiệu và độ trễ chuyển mạch bảo vệ;
- cách ly điện giữa mạch đầu vào và phần nguồn [đầu ra];
- mạch truyền động cổng tranzito; trên một bóng bán dẫn mở;
- mạch điều khiển mức điện áp cung cấp của phần công suất của trình điều khiển;
- bộ khuếch đại;
- bảo vệ chống lại sự tăng điện áp trong phần đầu ra của trình điều khiển;
- nguồn điện áp cách ly về điện - Bộ chuyển đổi DC // DC [chỉ dành cho các mô-đun có chỉ số P]
Cả hai kênh trình điều khiển hoạt động độc lập với nhau.
Do sự cách ly về điện được cung cấp bởi máy biến áp và bộ ghép quang [chịu điện áp thử nghiệm 2650 V AC 50 Hz trong 1 phút] giữa mạch đầu vào và phần nguồn, cũng như tốc độ quay điện áp cực cao là 30 kV / µs , mô-đun trình điều khiển được sử dụng trong các mạch có điện áp tiềm năng cao và bước nhảy tiềm năng lớn xảy ra giữa phần nguồn và mạch điều khiển [control].
Thời gian trễ rất ngắn của các trình điều khiển dòng MD2XXX giúp bạn có thể sử dụng chúng trong các bộ nguồn tần số cao, bộ chuyển đổi tần số cao và bộ chuyển đổi cộng hưởng. Nhờ thời gian trễ cực ngắn, chúng đảm bảo vận hành không xảy ra sự cố trong điều khiển cầu.
Một trong những chức năng chính của trình điều khiển dòng MD2XXX là đảm bảo khả năng bảo vệ đáng tin cậy của các bóng bán dẫn công suất được kiểm soát khỏi ngắn mạch và quá tải. Trạng thái khẩn cấp của bóng bán dẫn được xác định bởi điện áp trên cực thu của bóng bán dẫn công suất ở trạng thái mở. Nếu vượt quá ngưỡng do người dùng xác định, bóng bán dẫn công suất sẽ tắt và vẫn bị chặn cho đến khi kết thúc mức tín hiệu hoạt động ở đầu vào điều khiển. Sau đó, bóng bán dẫn có thể được bật lại bằng cách áp dụng mức hoạt động cho đầu vào điều khiển. Khái niệm bảo vệ này được sử dụng rộng rãi để bảo vệ đáng tin cậy cho các IGBT.
Mục đích chức năng của kết luận
Chân 14 [BX1 "+"], 13 [BX1 "-"]
Chân 13 và 14 là đầu vào điều khiển của trình điều khiển. Việc điều khiển được thực hiện bằng cách áp dụng các mức logic TTL cho chúng. Đầu vào Vx1 "+" là trực tiếp, nghĩa là khi áp dụng logic 1 vào nó, bóng bán dẫn công suất sẽ mở ra và khi áp dụng 0, nó sẽ đóng lại. Đầu vào Vx1 "-" là nghịch đảo, có nghĩa là, khi áp dụng logic 1 vào nó, bóng bán dẫn công suất đóng và khi áp dụng 1, nó sẽ mở. Thông thường, Vx1 "-" được kết nối với dây dẫn chung của phần đầu vào của trình điều khiển và nó được điều khiển bởi đầu vào Vx1 "+". Việc chuyển đổi đảo ngược và không đảo ngược của trình điều khiển được thể hiện trong Hình 10.
Bảng 6 cho thấy biểu đồ trạng thái của một kênh trình điều khiển.
Cách ly điện giữa các phần đầu vào và đầu ra của trình điều khiển trên các chân này được thực hiện bằng cách sử dụng bộ ghép quang. Nhờ việc sử dụng chúng, khả năng tác động của quá độ xảy ra đối với bóng bán dẫn công suất trong mạch điều khiển được loại trừ.
Bảng 6. Biểu đồ trạng thái của một kênh trình điều khiển
| Вх1 + | Bx1– | Điện áp cổng bóng bán dẫn | Điện áp bão hòa bóng bán dẫn> bình thường | St | St "+ E hố" | Lối ra |
| X | X | + | X | X | L | L |
| x | x | x | + | l | H | l |
| l | x | x | x | x | H | l |
| x | H | x | x | x | H | l |
| H | l | - | - | H | H | H |
Mạch đầu vào có một lớp bảo vệ tích hợp ngăn không cho cả hai bóng bán dẫn công suất nửa cầu mở cùng một lúc. Nếu một tín hiệu điều khiển tích cực được áp dụng cho các đầu vào điều khiển của cả hai kênh, thì mạch sẽ chặn và cả hai bóng bán dẫn nguồn sẽ bị đóng.
Các mô-đun trình điều khiển nên được đặt càng gần bóng bán dẫn nguồn càng tốt và được kết nối với chúng bằng dây dẫn ngắn nhất có thể. Đầu vào Vx1 "+" và Vx1 "-" có thể được kết nối với mạch điều khiển và giám sát với dây dẫn dài đến 25 cm.
Hơn nữa, các dây dẫn phải chạy song song. Ngoài ra, các đầu vào Ix1 "+" và Ix1 "-" có thể được kết nối với mạch điều khiển và giám sát bằng cách sử dụng một cặp xoắn. Dây dẫn chung cho mạch đầu vào phải luôn được kết nối riêng biệt cho cả hai kênh để đảm bảo truyền xung điều khiển một cách đáng tin cậy.
Trong khi việc truyền xung điều khiển đáng tin cậy xảy ra trong trường hợp xung rất dài, cấu hình hoàn chỉnh phải được kiểm tra trong trường hợp xung điều khiển ngắn tối thiểu.
Kết luận 12 [ST "+ E hố"]
Chân 12 là đầu ra trạng thái xác nhận sự hiện diện của nguồn [+18 V] trên phần đầu ra [nguồn] của trình điều khiển. Nó được lắp ráp theo sơ đồ bộ thu mở. Trong quá trình hoạt động bình thường của trình điều khiển [sự hiện diện của nguồn điện và mức đủ của nó], đầu ra trạng thái được kết nối với đầu ra chung của mạch điều khiển bằng cách sử dụng bóng bán dẫn mở. Nếu đầu ra trạng thái này được kết nối theo sơ đồ thể hiện trong Hình 11, thì tình huống khẩn cấp sẽ tương ứng với mức điện áp cao trên đó [+5 V]. Hoạt động bình thường của trình điều khiển sẽ tương ứng với mức điện áp thấp trên chân trạng thái này. Giá trị điển hình của dòng điện chạy qua chân trạng thái tương ứng với 10 mA, do đó, giá trị của điện trở R được tính bằng công thức R \ u003d U / 0,01,
trong đó U là điện áp nguồn. Khi điện áp cung cấp giảm xuống dưới 12 V, bóng bán dẫn nguồn sẽ tắt và trình điều khiển bị chặn.
Kết luận 11 [Sz]
Một tụ điện bổ sung được kết nối với chân 11, làm tăng thời gian trễ giữa xung đầu vào và đầu ra lên trình điều khiển. Theo mặc định [không có tụ điện bổ sung], thời gian này chính xác là 1 µs, do đó trình điều khiển không phản hồi với các xung ngắn hơn 1 µs [bảo vệ chống nhiễu xung]. Mục đích chính của sự chậm trễ này là để loại bỏ sự xuất hiện của dòng điện qua các nửa cầu. Thông qua dòng điện gây nóng bóng bán dẫn điện, hoạt động của bảo vệ khẩn cấp, tăng mức tiêu thụ hiện tại và làm giảm hiệu suất của mạch. Do sự xuất hiện của độ trễ này bởi cả hai kênh của người lái tải trên nửa cầu, nên có thể điều khiển một tín hiệu ở dạng uốn khúc.
Ví dụ, mô-đun 2MBI 150 có độ trễ tắt là 3 µs, do đó, để loại trừ sự xuất hiện của dòng điện trong mô-đun khi các kênh được điều khiển chung, cần phải đặt thêm điện dung ít nhất là 1200 pF trên cả hai kênh.
Để giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến thời gian trễ, cần chọn tụ điện có TKE thấp.
Chân 10 [ST]
Chân 10 là đầu ra trạng thái của sự cố trên bóng bán dẫn công suất của kênh đầu tiên. Mức logic cao ở đầu ra tương ứng với hoạt động bình thường của trình điều khiển và mức thấp - tai nạn. Tai nạn xảy ra khi điện áp bão hòa trên bóng bán dẫn công suất vượt quá ngưỡng cho phép. Dòng điện cực đại chạy qua đầu ra là 8 mA.
Pin 9 [KHỐI]
Chân 6 là đầu vào điều khiển của trình điều khiển. Khi một đơn vị logic được áp dụng cho nó, trình điều khiển bị chặn và một điện áp chặn được áp dụng cho các bóng bán dẫn nguồn. Đầu vào chặn chung cho cả hai kênh. Đối với hoạt động bình thường của trình điều khiển, số 0 logic phải được áp dụng cho đầu vào này.
Pin 8 không được sử dụng.
Chân 7 [+5 V] và 6 [thông dụng]
Chân 6 và 7 là đầu vào để kết nối nguồn điện với trình điều khiển. Nguồn được cung cấp từ nguồn có công suất 8 W và điện áp đầu ra là 5 ± 0,5 V. Nguồn điện phải được kết nối với trình điều khiển bằng dây dẫn ngắn [để giảm tổn thất và tăng khả năng chống ồn]. Nếu các dây dẫn nối dài hơn 25 cm, thì cần phải đặt các tụ điện triệt nhiễu giữa chúng càng gần với trình điều khiển càng tốt [tụ gốm có công suất 0,1 μF].
Chân 15 [IR]
Chân 15 [bộ thu đo] được kết nối với bộ thu của bóng bán dẫn công suất. Thông qua đó, điện áp trên bóng bán dẫn mở được giám sát. Trong trường hợp ngắn mạch hoặc quá tải, điện áp trên bóng bán dẫn mở sẽ tăng mạnh. Khi giá trị ngưỡng của điện áp trên bộ thu bán dẫn vượt quá, bóng bán dẫn công suất bị chặn và trạng thái cảnh báo MT được kích hoạt. Biểu đồ thời gian của các quá trình xảy ra trong trình điều khiển khi kích hoạt bảo vệ được thể hiện trong Hình 7. Có thể giảm ngưỡng bảo vệ bằng cách kết nối các điốt mắc nối tiếp, và giá trị ngưỡng của điện áp bão hòa U bão hòa. por. = 7 –n U pr.VD, trong đó n là số điốt, U pr.VD là điện áp rơi trên điốt mở. Nếu tranzito công suất được cấp từ nguồn 1700 V thì cần phải lắp thêm một điốt có điện áp đánh thủng ít nhất là 1000 V. Cực âm của điốt được nối với cực thu của tranzito công suất. Thời gian đáp ứng bảo vệ có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng đầu ra 16-IK1.
Kết luận 16 [IK1]
Chân 16 [bộ thu đo], không giống như chân 15, không có diode tích hợp và điện trở hạn chế. Cần phải kết nối một tụ điện, xác định thời gian đáp ứng của bảo vệ bằng điện áp bão hòa trên một bóng bán dẫn mở. Sự chậm trễ này là cần thiết để loại trừ ảnh hưởng của nhiễu trên mạch. Do mắc nối tiếp tụ điện nên thời gian đáp ứng của bảo vệ tăng tỷ lệ với điện dung chặn t = 4 С U us. por., trong đó C là điện dung của tụ điện, pF. Thời gian này được cộng vào thời gian trễ bên trong của trình điều khiển t tắt [10%] = 3 µs. Theo mặc định, trình điều khiển có điện dung C = 100 pF, do đó, độ trễ đáp ứng bảo vệ là t = 4 100 6,3 + t tắt [10%] = 5,5 µs. Nếu cần, thời gian này có thể được tăng lên bằng cách nối một điện dung giữa chân 16 và dây cấp nguồn chung của bộ nguồn.
Chân 17 [ra 2] và 18 [ra 1]
Chân 17 và 18 là đầu ra của trình điều khiển. Chúng được thiết kế để kết nối các bóng bán dẫn điện và điều chỉnh thời gian bật của chúng. Tại chân 17 [ngõ ra 2], một điện thế dương [+18 V] được cung cấp cho cổng của mô-đun được điều khiển và thông qua chân 18 [ngõ ra 1], một điện thế âm [-5 V] được cung cấp. Nếu cần cung cấp các cạnh điều khiển dốc [theo thứ tự 1 µs] và công suất tải không quá cao [hai mô-đun 2MBI 150 được kết nối song song], các đầu ra này có thể được kết nối trực tiếp với đầu ra điều khiển của mô-đun. Nếu cần siết chặt các mặt trước hoặc hạn chế dòng điều khiển [trong trường hợp tải nặng], thì các mô-đun phải được nối với chân 17 và 18 thông qua các điện trở hạn chế.
Nếu điện áp bão hòa vượt quá mức ngưỡng, điện áp bảo vệ ở cổng của bóng bán dẫn điều khiển sẽ xảy ra. Thời gian để giảm điện áp tại cửa của tranzito đến mức 90% t tắt [90%] = 0,5 µs, đến mức 10% t tắt [10%] = 3 µs. Việc giảm điện áp đầu ra một cách trơn tru là cần thiết để loại trừ khả năng tăng điện áp.
Chân 19 [-E pit], 20 [Common] và 21 [+ E pit]
Các chân 19, 20 và 21 là đầu ra công suất của bộ phận nguồn của trình điều khiển. Các chân này được cung cấp điện áp từ bộ chuyển đổi DC / DC của trình điều khiển. Trong trường hợp sử dụng các trình điều khiển như MD215, MD250, MD280 mà không có bộ chuyển đổi DC / DC tích hợp, nguồn điện bên ngoài được kết nối ở đây: đầu ra thứ 19 -5 V, đầu ra thứ 20 - thông thường, đầu ra 21 +18 V cho dòng điện lên đến 0,2 A .
Tính toán và lựa chọn trình điều khiển
Dữ liệu ban đầu cho phép tính là điện dung đầu vào của mô-đun C hoặc điện tích tương đương Q in, điện trở đầu vào của mô-đun R trong, điện áp xoay chiều ở đầu vào mô-đun. U = 30 V [được đưa ra trong thông tin tham khảo cho mô-đun], tần số hoạt động tối đa tại đó mô-đun hoạt động f max.
Cần tìm dòng điện xung chạy qua đầu vào điều khiển của module Imax, công suất cực đại của bộ chuyển đổi DC / DC P.
Hình 16 cho thấy mạch tương đương của đầu vào mô-đun, bao gồm điện dung cổng và điện trở đầu cuối.
Nếu điện tích Q in được chỉ định trong dữ liệu ban đầu, thì cần phải tính toán lại nó thành điện dung đầu vào tương đương C in = Q in / D U.
Công suất phản kháng được phân bổ cho điện dung đầu vào của mô-đun được tính theo công thức Рс = f Qin D U. Tổng công suất của bộ chuyển đổi DC / DC của trình điều khiển Р là tổng công suất được tiêu thụ bởi giai đoạn đầu ra của trình điều khiển Out và công suất phản kháng được phân bổ cho điện dung đầu vào của mô-đun Рс: P \ u003d P out + Rs.
Tần số hoạt động và dao động điện áp ở đầu vào mô-đun được lấy là tối đa trong quá trình tính toán, do đó, công suất bộ chuyển đổi DC / DC tối đa có thể đạt được trong quá trình vận hành trình điều khiển bình thường.
Biết điện trở của biến trở giới hạn R, bạn có thể tìm thấy dòng điện chạy qua trình điều khiển: I max \ u003d D U / R.
Dựa trên kết quả tính toán, có thể chọn trình điều khiển tối ưu nhất cần thiết để điều khiển mô-đun nguồn.
MOP [trong tư sản MOSFET] là viết tắt của Metal Oxide Semiconductor, từ viết tắt này, cấu trúc của bóng bán dẫn này trở nên rõ ràng.
Nếu trên các ngón tay, thì nó có một kênh bán dẫn đóng vai trò như một bản của tụ điện và bản thứ hai là một điện cực kim loại nằm xuyên qua một lớp mỏng oxit silic, là chất điện môi. Khi một điện áp được đặt vào cổng, tụ điện này được tích điện và điện trường của cổng kéo các điện tích đến kênh, do đó các điện tích di động xuất hiện trong kênh có thể tạo thành dòng điện và điện trở của nguồn thoát giảm mạnh. Điện áp càng cao, càng nhiều điện tích và điện trở càng thấp, do đó, điện trở có thể giảm xuống các giá trị nhỏ - phần trăm ohm, và nếu bạn tăng điện áp hơn nữa, sự phân hủy của lớp oxit và Khan bóng bán dẫn sẽ xảy ra.
Lợi thế của bóng bán dẫn như vậy, so với bóng bán dẫn lưỡng cực, là rõ ràng - điện áp phải được áp dụng cho cổng, nhưng vì có chất điện môi, dòng điện sẽ bằng không, có nghĩa là yêu cầu sức mạnh để điều khiển bóng bán dẫn này sẽ rất ít, trên thực tế, nó chỉ tiêu thụ tại thời điểm chuyển đổi, khi tụ điện đang được sạc và xả.
Điểm bất lợi bắt nguồn từ tính chất điện dung của nó - sự hiện diện của điện dung trên cổng yêu cầu một dòng sạc lớn khi mở. Về lý thuyết, bằng vô cùng trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ. Và nếu dòng điện bị giới hạn bởi một điện trở, thì tụ điện sẽ sạc chậm - bạn không thể nhận được bất kỳ đâu so với hằng số thời gian của mạch RC.
Bóng bán dẫn MOS là P&N kênh truyền hình. Chúng có cùng một nguyên tắc, sự khác biệt chỉ là ở cực của các sóng mang hiện tại trong kênh. Theo đó, theo một hướng khác của điện áp điều khiển và đưa vào mạch. Rất thường xuyên, các bóng bán dẫn được chế tạo dưới dạng các cặp bổ sung. Có nghĩa là, có hai mô hình có các đặc điểm hoàn toàn giống nhau, nhưng một trong số chúng là N và một là kênh P. Dấu hiệu của chúng, như một quy luật, khác nhau một chữ số.
Tôi có cái phổ biến nhất MOS bóng bán dẫn là IRF630[kênh n] và IRF9630[kênh p] trong thời của tôi, tôi đã làm chúng với một tá rưỡi mỗi loại. Có một cơ thể không phải là rất nhiều chiều ĐẾN-92 bóng bán dẫn này nổi tiếng có thể kéo qua chính nó lên đến 9A. Điện trở mở của nó chỉ là 0,35 Ohm.
Tuy nhiên, đây là một bóng bán dẫn khá cũ, bây giờ đã có những thứ mát mẻ hơn, ví dụ IRF7314, có khả năng kéo giống 9A, nhưng đồng thời nó vừa với vỏ SO8 - kích thước bằng một ô sổ tay.
Một trong những vấn đề đối sánh MOSFET bóng bán dẫn và vi điều khiển [hoặc mạch kỹ thuật số] là để mở hoàn toàn đến bão hòa hoàn toàn, bóng bán dẫn này cần cuộn một điện áp khá lớn hơn đến cổng. Thông thường đây là khoảng 10 vôn và MK có thể cung cấp tối đa là 5. Có ba tùy chọn ở đây:
Nhưng nói chung lắp driver thì đúng hơn, vì ngoài chức năng cơ bản là tạo tín hiệu điều khiển, nó còn cung cấp bảo vệ dòng điện, bảo vệ chống sự cố, quá áp, tối ưu tốc độ mở máy đến mức tối đa, nói chung là ăn dòng của nó. không vô ích.
Việc lựa chọn một bóng bán dẫn cũng không phải là rất khó khăn, đặc biệt là nếu bạn không bận tâm đến các chế độ giới hạn. Trước hết, bạn nên quan tâm đến giá trị của dòng xả - I Drain hoặc TÔI bạn chọn một bóng bán dẫn theo dòng điện tối đa cho tải của bạn, nó tốt hơn với biên độ 10 phần trăm. Thông số quan trọng tiếp theo đối với bạn là VGS- Điện áp bão hòa Nguồn-Cổng hay đơn giản hơn là điện áp điều khiển. Đôi khi họ viết nó, nhưng thường xuyên hơn bạn phải nhìn ra ngoài các biểu đồ. Tìm kiếm đồ thị của đặc tính đầu ra Sự phụ thuộc TÔI từ VDSở các giá trị khác nhau VGS. Và đoán xem bạn sẽ có chế độ nào.
Ví dụ, bạn cần cấp nguồn cho động cơ ở 12 volt, với cường độ dòng điện 8A. Bạn liếc nhìn người lái xe và bạn chỉ có một tín hiệu điều khiển 5 vôn. Điều đầu tiên xuất hiện trong tâm trí sau bài viết này là IRF630. Dòng điện phù hợp với biên độ 9A so với yêu cầu 8. Nhưng chúng ta hãy nhìn vào đặc tính đầu ra:
Nếu bạn định điều khiển PWM tới phím này, thì bạn cần quan tâm đến thời gian đóng và mở của bóng bán dẫn, chọn bóng bán dẫn lớn nhất và tương ứng với thời gian, tính toán tần số tối đa mà nó có thể hoạt động. Số lượng này được gọi là chuyển đổi chậm trễ hoặc t on,t tắt, nói chung, một cái gì đó như thế này. Vâng, tần số là 1 / t. Ngoài ra, sẽ không thừa nếu xem xét công suất cửa trập C Iss Dựa vào nó, cũng như điện trở giới hạn trong mạch cổng, bạn có thể tính hằng số thời gian sạc của mạch cổng RC và ước tính tốc độ. Nếu hằng số thời gian lớn hơn chu kỳ PWM, thì bóng bán dẫn sẽ không đóng / mở, mà sẽ treo ở một số trạng thái trung gian, vì điện áp tại cổng của nó sẽ được tích hợp bởi mạch RC này thành một điện áp không đổi.
Khi xử lý các bóng bán dẫn này, hãy nhớ thực tế rằng họ không chỉ sợ tĩnh điện mà còn RẤT MẠNH MẼ. Phá vỡ màn trập bằng một điện tích tĩnh còn hơn thực tế. Vậy bạn đã mua bằng cách nào ngay lập tức trong giấy bạc và không lấy nó ra cho đến khi bạn hàn nó. Đầu tiên, bạn hãy tự mài pin và đội một chiếc mũ bằng giấy thiếc vào :].