Sử dụng Trình điều khiển khóa cấp thấp và cấp cao IR2110 - Giải thích và ví dụ về mạch. Trình điều khiển MOSFET nguồn cho mạch điện áp thấp
MOSFET công suất và bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) là các thành phần cơ bản của điện tử công suất hiện đại và được sử dụng làm thành phần 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 điều khiển cổng của bóng bán dẫn MOSFET và IGBT, cần có các thiết bị kết hợp trung gian - trình điều khiển điện áp cao (sau đây, để ngắn gọn, “trình điều khiển điện áp cao” chúng tôi sẽ có nghĩa là “trình điều khiển điện áp cao”). điều khiển điện áp của bóng bán dẫn MOSFET và IGBT”).
Trong hầu hết các trường hợp, cách phân loại trình điều khiển điện áp cao sau đây được sử dụng:
- Trình điều khiển độc lập của nhánh trên và dưới của nửa cầu, được tích hợp trong một chip ( Trình điều khiển bên cao và bên thấp);
- Trình điều khiển chân trên và chân dưới được kết nối theo mạch nửa cầu ( Trình điều khiển nửa cầu);
- Trình điều khiển cánh tay trên ( Trình điều khiển phía cao);
- Trình điều khiển cánh tay thấp ( Trình điều khiển phía thấp).
Trong bộ lễ phục. Hình 1 cho thấy các mạch điều khiển tương ứng với các loại trình điều khiển này.
Cơm. 1.
Trong trường hợp đầu tiên (Hình 1a), hai tải độc lập được điều khiển từ các tín hiệu điều khiển đơn. Theo đó, các tải được kết nối giữa nguồn của bóng bán dẫn phía dưới và bus nguồn điện áp cao (trình điều khiển phía thấp), cũng như giữa cực tiêu của bóng bán dẫn phía trên và mặt đất (trình điều khiển phía cao). Cái gọi là trung điểm (cống của bóng bán dẫn phía trên và nguồn của bóng bán dẫn phía dưới) không được kết nối với nhau.
Trong trường hợp thứ hai (Hình 1b), các điểm giữa được kết nối. Hơn nữa, tải có thể được kết nối với cả cánh tay trên và cánh tay dưới, nhưng được kết nối với điểm giữa giống như mạch nửa cầu (còn gọi là mạch toàn cầu). Nói đúng ra, trong sơ đồ 1a, không có gì ngăn cản bạn kết nối các điểm ở giữa. Nhưng trong trường hợp này, với sự kết hợp nhất định của các tín hiệu đầu vào, hai bóng bán dẫn có thể mở đồng thời và theo đó, một dòng điện quá lớn chạy từ thanh cái điện áp cao xuống đất sẽ dẫn đến hỏng một hoặc cả hai bóng bán dẫn cùng một lúc. Loại bỏ tình trạng như vậy trong sơ đồ này là mối quan tâm của nhà phát triển. Trong trình điều khiển nửa cầu (mạch 1b), tình trạng này được loại bỏ ở mức logic điều khiển bên trong của vi mạch.
Trong trường hợp thứ ba (1c), tải được kết nối giữa cực tiêu của bóng bán dẫn phía trên và mặt đất, và trong trường hợp thứ tư (1d) - giữa nguồn của bóng bán dẫn phía dưới và bus nguồn điện áp cao, tức là. Hai “nửa” mạch 1a được thực hiện riêng biệt.
Trong những năm gần đây, STMicroelectronics chỉ tập trung (trong lĩnh vực trình điều khiển điện áp cao) vào các trình điều khiển thuộc hai loại đầu tiên (họ L638x Và L639x, sẽ được thảo luận dưới đây). Tuy nhiên, các thiết kế trước đó chứa các chip điều khiển điều khiển việc bật hoặc tắt một bóng bán dẫn MOSFET hoặc IGBT duy nhất (danh mục “Đơn” theo thuật ngữ của STMicroelectronics). Với một mạch chuyển mạch nhất định, những người lái xe này có thể điều khiển tải của cả tay trên và tay dưới. Chúng ta cũng hãy lưu ý đến vi mạch TD310 - ba trình điều khiển đơn độc lập trong một nhà ở. Giải pháp này sẽ phát huy hiệu quả khi điều khiển tải ba pha. STMicroelectronics phân loại chip này là trình điều khiển danh mục “Nhiều”.
L368x
Bảng 1 cho thấy thành phần và thông số của họ vi mạch L368x. IC trong họ này bao gồm cả trình điều khiển phía cao và phía thấp (H&L) độc lập và trình điều khiển nửa cầu (HB).
Bảng 1. Thông số driver dòng L638x
| Tên | Voffcet, V | Io+, mA | Io-, mA | Tôn, ns | Toff, ns | Tdt, ns | Kiểu | Điều khiển |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L6384E | 600 | 400 | 650 | 200 | 250 | Ăn xin. | HB | TRONG/-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 tối đa có thể có giữa nguồn của bóng bán dẫn phía trên và mặt đất;
I O+ (I O-) - dòng điện đầu ra tối đa khi bóng bán dẫn trên (dưới) của giai đoạn 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 tham số liên quan đến trình điều khiển nửa cầu. Khi thay đổi trạng thái hoạt động, mạch logic buộc phải tạm dừng để tránh bật đồng thời nhánh trên và nhánh dưới. Ví dụ: nếu cánh tay dưới bị tắt, thì cả hai cánh tay đều bị tắt trong một thời gian và chỉ sau đó cánh tay trên mới bật. Và ngược lại, nếu cánh tay trên bị tắt thì cả hai cánh tay đều tắt một lúc rồi tay dưới mới bật. Thời gian này có thể được cố định (như trong L6388E), hoặc cài đặt bằng cách chọn giá trị của điện trở ngoài tương ứng (như trong L6384E).
Điều khiển. IC của trình điều khiển phía trên và phía dưới độc lập được điều khiển thông qua đầu vào HIN và LIN. Hơn nữa, mức tín hiệu logic cao sẽ bật tương ứng ở tay trên hoặc tay dưới của người lái. Ngoài ra, chip L6386E sử dụng thêm một đầu vào SD, giúp tắt 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 tắt cả hai chân bất kể trạng thái ở đầu vào IN. Tín hiệu IN = 1 tương đương với tổ hợp tín hiệu (HIN = 1, LIN = 0) và ngược lại, IN = 0 tương đương với tổ hợp tín hiệu (HIN = 0, LIN = 1). Vì vậy, về nguyên tắc, việc bật đồng thời các bóng bán dẫn phía trên và phía dưới là không thể.
Trong chip L6388E, việc điều khiển được thực hiện thông qua đầu vào HIN và LIN, do đó về nguyên tắc có thể áp dụng tổ hợp (HIN = 1, LIN = 1) cho đầu vào, nhưng mạch logic bên trong sẽ chuyển đổi nó thành tổ hợp ( HIN = 0, LIN = 0), do đó loại bỏ , bật đồng thời cả hai bóng bán dẫn.
Về thông số, hãy bắt đầu với loại chip H&L.
Giá trị V OFFSET bằng 600 Volts, theo một nghĩa nào đó, là tiêu chuẩn cho các vi mạch thuộc loại này.
Dòng điện đầu ra I O+ (I O-), bằng 400/650 mA, là chỉ báo trung bình, tập trung vào các bóng bán dẫn đa năng điển hình. So với dòng vi mạch IRS (thế hệ G5 HVIC), Bộ chỉnh lưu quốc tế chủ yếu cung cấp các vi mạch có tham số 290/600 mA. Tuy nhiên, dòng International Rectifier cũng bao gồm các model có thông số 2500/2500 mA (IRS2113) và tốc độ thấp hơn một chút hoặc các vi mạch có dòng điện đầu ra lên tới 4000/4000 mA (IRS2186). Đúng, trong trường hợp này thời gian chuyển đổi so với L6385E tăng lên giá trị 170/170 ns.
Chuyển đổi thời gian. Giá trị T ON (T OFF) bằng 110/105 ns (đối với L6385E) vượt quá các giá trị tương tự đối với vi mạch họ IRS (mặc dù không đáng kể lắm). Bộ chỉnh lưu quốc tế đạt được hiệu suất tốt nhất (60/60 ns) trong mẫu IRS2011, nhưng bằng cách 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 giai đoạn đầu vào (điện áp thấp) và đầu ra (điện áp cao) là giống nhau. International Rectifier, ngoài các chip có kiến trúc tương tự, còn 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 nửa cầu L6384E với các sản phẩm Bộ chỉnh lưu quốc tế, chúng ta có thể kết luận rằng nó kém hơn (cả về dòng điện đầu ra và tốc độ) chỉ so với mẫu IRS21834, thực hiện logic đầu vào HIN/-LIN. Nếu logic đầu vào IN/-SD là quan trọng thì trình điều khiển L6384E sẽ hoạt động tốt hơn các sản phẩm Bộ chỉnh lưu quốc tế.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về chip điều khiển L6385E, cấu trúc và sơ đồ kết nối của nó được hiển thị trong Hình. 2.
Cơm. 2.
Con chip này chứa hai trình điều khiển độc lập ở phía trên (đầu ra HVG) và phía dưới (đầu ra LVG). Việc triển khai trình điều khiển phía thấp khá đơn giản vì điện thế ở chân GND không đổi và do đó nhiệm vụ là chuyển đổi tín hiệu logic đầu vào điện áp thấp LIN thành mức điện áp ở đầu ra LVG cần thiết để bật mức điện áp thấp. bóng bán dẫn bên. 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 một tầng ở cánh tay trên. Trong trường hợp này, một mạch điều khiển bootstrap tương đối đơn giản và rẻ tiền được sử dụng (mạch có nguồn điện “nổi”). Trong sơ đồ như vậy, thời lượng 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 sạc liên tục bằng cách sử dụng tầng dịch chuyển mức điện áp cao, tác động nhanh. Tầng này cung cấp khả năng chuyển đổi tín hiệu logic đến các mức cần thiết để mạch điều khiển bóng bán dẫn phía cao hoạt động ổn định.
Nếu điện áp điều khiển giảm xuống dưới một giới hạn nhất định, các bóng bán dẫn đầu ra có thể chuyển sang chế độ tuyến tính, do đó sẽ dẫn đến tinh thể quá nóng. Để ngăn chặn điều này, phải sử dụng mạch giám sát điện áp (UVLO). Khóa giảm áp) cho cả vai trên (điều khiển tiềm năng V BOOT) và vai dưới (điều khiển tiềm năng V CC).
Trình điều khiển điện áp cao hiện đại có xu hướng tích hợp diode khởi động vào gói mạch tích hợp. Nhờ đó, không cần sử dụng diode bên ngoài, khá cồng kềnh so với bản thân chip điều khiển. Diode khởi động tích hợp (chính xác hơn là mạch khởi động) 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 sơ đồ kết nối của nó được hiển thị 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 làm tín hiệu tắt khẩn cấp, không liên kết 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 tầng thấp hơn. So sánh với sơ đồ trước, chúng ta thấy rằng cực tiêu của bóng bán dẫn phía dưới được nối đất không trực tiếp mà thông qua một điện trở dòng điện (cảm biến dòng điện). Nếu điện áp rơi trên nó vượt quá giá trị ngưỡng V REF thì mức thấp sẽ được hình thành ở đầu ra DIAG. Lưu ý rằng trạng thái này không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch mà chỉ là một chỉ báo.
Đôi lời về việc sử dụng chip dòng L638x. Không gian hạn chế của bài viết không cho phép chúng tôi xem xét các ví dụ ứng dụng, tuy nhiên, tài liệu “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 loại khác nhau. kiến trúc và một số kiến trúc khác. Ngoài ra còn có sơ đồ bảng trình diễn cho tất cả các vi mạch thuộc họ này (bao gồm cả cấu trúc liên kết của bảng mạch in).
Để tóm tắt phân tích về dòng L638x, chúng tôi lưu ý: không có các đặc điểm riêng biệt trong bất kỳ thông số riêng lẻ nào, các trình điều khiển của dòng này nằm trong số những trình điều khiển tốt nhất trong ngành cả về tổng thể các thông số và giải pháp kỹ thuật được sử dụng.
Họ trình điều khiển điện áp cao
nửa cầu L639x
Thoạt nhìn, các vi mạch thuộc họ này có thể được coi là sự phát triển của vi mạch L6384E. Tuy nhiên, khi phân tích chức năng của các trình điều khiển dòng L639x, rất khó để nhận ra L6384E là nguyên mẫu (ngoại trừ có lẽ do thiếu vắng các trình điều khiển nửa cầu khác trong dòng STMicroelectronics). Bảng 2 cho thấy thành phần và thông số của họ vi mạch L639x.
Ban 2. Thông số driver dòng L639x
| Tên | Voffcet, V | Io+, mA | Io-, mA | Tôn, ns | Toff, ns | Tdt, μs | Kiểu | SD thông minh | OU | Comp. | Điều khiển |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L6390 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | Có | Có | Có | HIN/-LIN/-SD |
| L6392 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | Có | HIN/-LIN/-SD | ||
| L3693 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | Có | PH/-BR/-SD |
Tính năng chính của họ vi mạch này là sự hiện diện của các phần tử tích hợp bổ sung: bộ khuếch đại thuật toán hoặc bộ so sánh (ví dụ: L6390 - cả hai). Trong bộ lễ phục. Hình 4 thể hiện cấu trúc và sơ đồ mạch của chip L6390.
Cơm. 4.
Những yếu tố bổ sung mang lại lợi ích gì trong ứng dụng thực tế? Bộ khuếch đại hoạt động (trong L6390 và L6392) được thiết kế để đo dòng điện chạy qua tải. Ngoài ra, vì cả hai đầu ra (OP+ và OP-) đều khả dụng nên có thể tạo ra cả giá trị tuyệt đối và độ lệch so với điện áp tham chiếu nhất định (ví dụ: tương ứng với giá trị tối đa cho phép) ở đầu ra tương ứng của vi mạch. . Trong trình điều khiển L6390, bộ so sánh thực hiện một chức năng rất cụ thể là “tắt thông minh” ( Tắt máy thông minh) - I E. Khi vượt quá dòng điện tối đa cho phép trong tải, bộ so sánh bắt đầu ảnh hưởng đến logic của trình điều khiển và đảm bảo ngắt tải trơn tru. Tốc độ tắt máy được thiết lập bởi mạch RC được kết nối với chân SD/OD. Hơn nữa, vì đầu ra này là hai chiều nên nó có thể là đầu ra chỉ báo lỗi cho bộ vi điều khiển điều khiển hoặc đầu vào để tắt máy cưỡng bức.
Tất cả các vi mạch đều chứa logic bảo vệ chống lại việc mở đồng thời các bóng bán dẫn phía trên và phía dưới và theo đó, hình thành tạm dừng khi trạng thái đầu ra thay đổi. Thời gian tạm dừng T DT cho tất cả các vi mạch trong họ đều có thể lập trình được và được xác định bởi giá trị của điện trở nối với chân DT.
Logic điều khiển trong L6390 và L6392 cùng loại - tín hiệu HIN, LIN và SD.
Chênh lệch chip L6393 từ L6390 và L6392 không chỉ thiếu bộ khuếch đại hoạt động. Bộ so sánh trong L6393 độc lập với các phần tử mạch còn lại và về nguyên tắc, có thể được sử dụng cho các mục đích tùy ý. Tuy nhiên, ứng dụng hợp lý nhất là điều khiển dòng điện và tạo ra dấu dư (bằng cách tương tự với chân DIAG trong chip L6386E đã thảo luận ở trên). Sự khác biệt chính là 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 loại này. Cyclogram điều khiển được thể hiện trong hình. 5.
Cơm. 5.
Cyclogram tập trung vào việc điều khiển trực tiếp từ tín hiệu động cơ, chẳng hạn như dòng điện một chiều và thực hiện cái gọi là. cơ chế dừng trễ. Giả sử rằng BRAKE là tín hiệu tới bộ truyền động, tức là. mức thấp của nó sẽ 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 được gắn trên trục động cơ hoặc cảm biến giới hạn cho biết điểm dừng. Khi đó tín hiệu PHASE ở mức cao sẽ không dừng động cơ ngay lập tức mà chỉ bằng một cạnh dương của tín hiệu PHASE. Ví dụ: nếu chúng ta đang nói về truyền động xe ngựa, thì tín hiệu dừng (mức PHASE cao) có thể được đưa ra trước, nhưng việc dừng sẽ chỉ xảy ra tại một điểm cụ thể (khi cảm biến PHASE được kích hoạt).
Trong bộ lễ phục. Hình 6 thể hiện cấu trúc và sơ đồ mạch của chip L6393.
Cơm. 6.
Về các thông số. Dòng điện đầu ra I O+ (I O-) là 270/430 mA kém hơn so với IC chỉnh lưu quốc tế (như đã lưu ý ở trên, thường có 290/600 mA). Tuy nhiên, các tham số động T ON /T OFF (125/125 ns) cao hơn (và thường là đáng kể) so với tất cả các chip trong họ IRS.
Kết luận về họ L639x. Với các đặc tính định lượng đủ cao, bản thân nó cho phép chúng tôi phân loại dòng L639x là một trong những sản phẩm dẫn đầu ngành, các chức năng bổ sung mang lại bước nhảy vọt về chất, vì chúng cho phép chúng tôi triển khai trong một chip những chức năng đã được triển khai trước đó bằng cách sử dụng một số chức năng bổ sung các thành phần.
Phần kết luận
Tất nhiên, phạm vi trình điều khiển điện áp cao của STMicroelectronics không thể được coi là rất rộng (ít nhất là so với các sản phẩm tương tự của International Rectifier). Tuy nhiên, đặc tính định lượng và chất lượng của các họ được đánh giá không hề thua kém các sản phẩm IR tốt nhất.
Nói đến trình điều khiển của bóng bán dẫn MOSFET và IGBT, người ta không thể không nhắc đến chính các bóng bán dẫn; STMicroelectronics tạo ra phạm vi hiệu ứng trường khá rộng (ví dụ MDMESH V và SuperMesh3) và các bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện. Vì các linh kiện điện tử này gần đây đã được đề cập trong tạp chí này nên chúng nằm ngoài phạm vi của bài viết này.
Và cuối cùng, như đã đề cập ở trên, dòng trình điều khiển bóng bán dẫn MOSFET và IGBT của STMicroelectronics không kết thúc bằng trình điều khiển nửa cầu. Bạn có thể tìm thấy phạm vi trình điều khiển thuộc danh mục “Đơn” và “Nhiều” cũng như các thông số của chúng trên trang web chính thức của công ty STMicroelectronics - http://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 bóng bán dẫn MDmesh V // Tin tức Điện tử, số 14, 2009.
3. Ilyin P., Alimov N. Đánh giá về MOSFET và IGBT của STMicroelectronics // Tin tức điện tử, số 2, 2009.
4. Medjahed D. Các giải pháp hiệu quả cao dựa trên bóng bán dẫn SuperMESH3 // Tin tức Điện tử, số 16, 2009.
MDMEDH V trong vỏ PowerFlat
STvi điện tử, một công ty hàng đầu thế giới về MOSFET điện, đã phát triển gói PowerFlat mới với hiệu suất được cải thiện, được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng gắn trên bề mặt, dành cho dòng bóng bán dẫn MDMESH V. 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 điểm thoát nước trong vỏ PowerFlat là một bề mặt kim loại lớn lộ ra, giúp cải thiện khả năng tản nhiệt và do đó cải thiện độ tin cậy. Vỏ này có khả năng hoạt động ở nhiệt độ -55…150°C.
Các bóng bán dẫn thuộc họ MDMESH V là những bóng bán dẫn tốt nhất trên thế giới về điện trở kênh mở trong dải điện áp hoạt động 500...650 V. Ví dụ, các bóng bán dẫn thuộc dòng này STW77N65M5 từ họ MDMESH V có giá trị Rdson tối đa là 0,033 Ohm và dòng tĩnh tối đa là 69 A đối với điện áp hoạt động là 650 V. Hơn nữa, điện tích cổng của một bóng bán dẫn như vậy chỉ là 200 nK. STL21N65M5 —Đây là bóng bán dẫn đầu tiên thuộc dòng MDMESH V trong gói PowerFlat. Ở điện áp hoạt động 650 V, bóng bán dẫn STL21N65M5 có điện trở kênh mở là 0,190 Ohms và dòng tĩnh tối đa là 17 A, trong khi điện tích cổng của nó là 50 nK.
Giới thiệu về ST Vi Điện Tử
Hiện nay, bóng bán dẫn MOSFET và IGBT chủ yếu được sử dụng làm công tắc nguồn công suất cao và trung bình. Nếu chúng ta coi những bóng bán dẫn này như một tải cho mạch điều khiển của chúng, thì chúng là những tụ điện có công suất hàng nghìn picofarad. Để mở bóng bán dẫn, công suất này phải được sạc và khi đóng nó phải được xả và càng nhanh càng tốt. Điều này cần phải được thực hiện không chỉ để bóng bán dẫn của bạn có thời gian hoạt động ở tần số cao. Điện áp cổng của bóng bán dẫn càng cao thì điện trở kênh đối với MOSFET càng thấp hoặc điện áp bão hòa bộ thu-bộ phát đối với bóng bán dẫn IGBT càng thấp. Điện áp ngưỡng để mở bóng bán dẫn thường là 2–4 volt và mức tối đa mà bóng bán dẫn mở hoàn toàn là 10–15 volt. Do đó, nên sử dụng điện áp 10-15 volt. Nhưng ngay cả trong trường hợp này, điện dung cổng không được tích điện ngay lập tức và trong một thời gian, bóng bán dẫn hoạt động ở phần phi tuyến theo đặc tính của nó với điện trở kênh cao, dẫn đến sụt áp lớn trên bóng bán dẫn và làm nó nóng lên quá mức. Đây được gọi là biểu hiện của hiệu ứng Miller.
Để điện dung cổng được sạc nhanh và bóng bán dẫn mở, điều cần thiết là mạch điều khiển của bạn có thể cung cấp càng nhiều dòng sạc càng tốt cho bóng bán dẫn. Điện dung cổng của bóng bán dẫn có thể được tìm ra từ dữ liệu hộ chiếu của sản phẩm và khi tính toán, bạn nên lấy Cvx = Ciss.
Ví dụ: hãy lấy bóng bán dẫn MOSFET IRF740. Nó có những đặc điểm sau mà chúng tôi quan tâm:
Thời gian mở (Rise Time - Tr) = 27 (ns)
Thời gian đóng cửa (Thời gian mùa thu - Tf) = 24 (ns)
Điện dung đầu vào - Ciss = 1400 (pF)
Chúng tôi tính toán dòng mở tối đa của bóng bán dẫn như sau:
Chúng tôi xác định dòng điện đóng tối đa của bóng bán dẫn theo nguyên tắc tương tự:
Vì chúng ta thường sử dụng điện áp 12 volt để cấp nguồn cho mạch điều khiển nên chúng ta sẽ xác định điện trở giới hạn dòng điện bằng định luật Ohm.
Tức là điện trở Rg=20 Ohm, theo tiêu chuẩn dòng E24.
Xin lưu ý rằng không thể điều khiển bóng bán dẫn như vậy trực tiếp từ bộ điều khiển, tôi sẽ giới thiệu rằng điện áp tối đa mà bộ điều khiển có thể cung cấp sẽ nằm trong khoảng 5 volt và dòng điện tối đa trong vòng 50 mA. Đầu ra của bộ điều khiển sẽ bị quá tải và bóng bán dẫn sẽ thể hiện hiệu ứng Miller, và mạch của bạn sẽ hỏng rất nhanh vì ai đó, bộ điều khiển hoặc bóng bán dẫn, sẽ quá nóng trước tiên.
Vì vậy, cần phải chọn đúng trình điều khiển.
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 phím dưới riêng biệt hoặc kết hợp thành một vỏ thành trình điều khiển phím trên và phím dưới, chẳng hạn như IR2110 hoặc IR2113.
Dựa trên những thông tin trình bày ở trên, chúng ta cần chọn một bộ điều khiển có khả năng duy trì dòng điện cổng bán dẫn Ig = 622 mA.
Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng trình điều khiển IR2011 có khả năng hỗ trợ dòng điện cổng Ig = 1000 mA.
Cũng cần phải tính đến điện áp tải tối đa mà các công tắc sẽ chuyển đổi. Trong trường hợp này nó bằng 200 volt.
Thông số rất quan trọng tiếp theo là tốc độ khóa. Điều này giúp loại bỏ dòng điện chạy qua trong mạch đẩy-kéo như minh họa trong hình bên dưới, gây tổn thất và quá nhiệt.
Nếu bạn đọc kỹ phần đầu của bài viết thì theo dữ liệu hộ chiếu của bóng bán dẫn, bạn có thể thấy rằng thời gian đóng phải nhỏ hơn thời gian mở và theo đó, dòng điện tắt phải cao hơn dòng điện mở Nếu > Tôi. Có thể tạo ra dòng điện đóng lớn hơn bằng cách giảm điện trở Rg, nhưng khi đó dòng điện mở cũng sẽ tăng, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ lớn của xung điện áp chuyển mạch khi tắt, tùy thuộc vào tốc độ suy giảm dòng điện di/dt. Từ quan điểm này, việc tăng tốc độ chuyển mạch phần lớn là yếu tố tiêu cực làm giảm độ tin cậy của thiết bị.
Trong trường hợp này, chúng ta sẽ tận dụng đặc tính vượt trội của chất bán dẫn để truyền dòng điện theo một hướng và lắp một diode vào mạch cổng sẽ truyền dòng điện tắt của bóng bán dẫn If.
Do đó, dòng điện cổng Ir sẽ chạy qua điện trở R1, và dòng điện cổng If sẽ chạy qua diode VD1, và vì điện trở của điểm nối p-n của diode nhỏ hơn nhiều so với điện trở của điện trở R1, nên If>Ir . Để đảm bảo dòng điện tắt không vượt quá giá trị của nó, chúng ta mắc nối tiếp một điện trở với diode, điện trở của nó sẽ được xác định bằng cách bỏ qua điện trở của diode ở trạng thái mở.
Hãy lấy cái nhỏ hơn gần nhất từ chuỗi tiêu chuẩn E24 R2=16 Ohm.
Bây giờ chúng ta hãy xem tên của trình điều khiển phím trên và trình điều khiển phím dưới có ý nghĩa 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 phím dưới là gì? Hình dưới đây cho thấy sơ đồ của một nửa cây cầu. Mạch này chứa các phím trên và dưới lần lượt là VT1 và VT2. Công tắc trên VT1 được kết nối bằng cống với nguồn cung cấp dương Vcc và từ nguồn tới tải và phải được mở bằng điện áp đặt vào nguồn. Phím dưới, cống nối với tải, còn nguồn nối với cực âm của nguồn điện (mặt đất) và phải được mở bằng điện áp đặt vào so với mặt đất.
Và nếu mọi thứ rất rõ ràng với phím dưới, hãy đặt 12 volt vào nó - nó mở ra, đặt 0 volt vào nó - nó đóng lại, sau đó đối với phím trên, bạn cần một mạch đặc biệt sẽ mở nó tương ứng với điện áp ở nguồn của tranzito. Lược đồ này đã được triển khai bên trong trình điều khiển. Tất cả những gì chúng ta cần là thêm điện dung tăng 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 minh họa trong hình bên dưới. Với điện áp này, phím trên cùng sẽ được mở khóa.
Mạch này khá khả thi, nhưng việc sử dụng điện dung tăng áp cho phép nó hoạt động trong phạm vi hẹp. Điện dung này được tích điện khi bóng bán dẫn phía dưới mở và không thể quá lớn nếu mạch phải hoạt động ở tần số cao và cũng không thể quá nhỏ khi hoạt động ở tần số thấp. Nghĩa là, với thiết kế này, chúng ta không thể giữ công tắc phía trên mở vô thời hạn, nó sẽ đóng ngay sau khi tụ C2 phóng điện, nhưng nếu chúng ta sử dụng điện dung lớn hơn thì nó có thể không có thời gian để sạc lại trong chu kỳ hoạt động tiếp theo của bóng bán dẫn. .
Chúng tôi đã gặp phải vấn đề này nhiều lần và rất thường xuyên phải thử nghiệm chọn điện dung tăng áp khi thay đổi tần số chuyển mạch hoặc thuật toán vận hành của mạch. Vấn đề đã được giải quyết theo thời gian và rất đơn giản, theo cách đáng tin cậy nhất và “gần như” rẻ nhất. Trong khi nghiên cứu Tài liệu tham khảo kỹ thuật cho DMC1500, chúng tôi bắt đầu quan tâm đến mục đích của đầu nối P8.
Sau khi đọc kỹ hướng dẫn sử dụng và tìm hiểu kỹ mạch điện của toàn bộ ổ đĩa, hóa ra đây là đầu nối để kết nối một nguồn điện riêng biệt, cách ly về mặt điện hóa. Chúng tôi kết nối cực âm của nguồn điện với nguồn của công tắc phía trên và cực dương với đầu vào của trình điều khiển Vb và chân dương của điện dung tăng áp. Do đó, tụ điện được tích điện liên tục, giúp có thể giữ phím trên mở trong thời gian cần thiết, bất kể trạng thái của phím dưới. Việc bổ sung vào sơ đồ này cho phép bạn thực hiện 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 có bộ chỉnh lưu và bộ lọc hoặc bộ chuyển đổi DC-DC.
Trình điều khiển FET
Trình điều khiển bóng bán dẫn MOSFET và IGBT là các thiết bị điều khiển các thiết bị bán dẫn mạnh mẽ ở giai đoạn đầu ra của bộ biến 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 số) và các bộ truyền động mạnh mẽ.
Các giai đoạn phát triển của điện tử năng lượng (công suất) được xác định bởi những tiến bộ trong công nghệ công tắc nguồn và mạch điều khiển của chúng. Hướng chủ yếu trong điện tử công suất là tăng tần số hoạt động của các bộ chuyển đổi là một phần của nguồn điện chuyển mạch. Việc chuyển đổi điện ở tần số cao hơn giúp cải thiện các đặc tính về trọng lượng và kích thước cụ thể của máy biến áp xung, tụ điện và cuộn cảm bộ lọc. Các thông số động và tĩnh của các thiết bị nguồn không ngừng được cải thiện nhưng các công tắc mạnh cũng phải được kiểm soát hiệu quả. Trình điều khiển tốc độ cao mạnh mẽ của bóng bán dẫn MOSFET và IGBT được thiết kế để tương tác cân bằng giữa mạch điều khiển và các tầng đầu ra. Trình điều khiển có dòng điện đầu ra cao (lên đến 9 A), thời gian tăng ngắn, thời gian giảm, độ trễ và các tính năng đặc biệt thú vị khác. Việc 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 chốt bên ngoài (hai trong mạch kéo đẩy), đây là điều bắt buộc. Nó có thể hoạt động như một bộ khuếch đại trước xung hoặc trực tiếp như một thành phần chính trong nguồn điện chuyển mạch.
Các bóng bán dẫn lưỡng cực, bóng bán dẫn MOS và các thiết bị loại kích hoạt (thyristor, triac) có thể được sử dụng làm thiết bị điều khiển trong mạch điện cho nhiều mục đích khác nhau. Các yêu cầu đối với trình điều khiển cung cấp khả năng kiểm soát tối ưu trong từng trường hợp này là khác nhau. Trình điều khiển bóng bán dẫn lưỡng cực phải kiểm soát dòng điện cơ sở khi bật và đảm bảo sự hấp thụ của các sóng mang thiểu số trong cơ sở trong giai đoạn tắt. Các giá trị tối đa của dòng điều khiển khác rất ít so với các giá trị trung bình trong khoảng thời gian tương ứng. Transistor MOS được điều khiển bằng điện áp, tuy nhiên, khi bắt đầu khoảng thời gian bật tắt, trình điều khiển phải truyền dòng xung lớn để sạc và xả các tụ điện của thiết bị. Các thiết bị loại kích hoạt chỉ yêu cầu hình thành xung dòng điện ngắn khi bắt đầu khoảng thời gian chuyển mạch, vì việc tắt (chuyển mạch) đối với các thiết bị phổ biến nhất xảy ra dọc theo các điện cực chính chứ không phải điều khiển. Tất cả những yêu cầu này phải được đáp ứng ở mức độ này hay mức độ khác bởi những người lái xe tương ứng.
Hình 2.16...2.18 thể hiện các mạch điển hình để kết nối các bóng bán dẫn MOSFET lưỡng cực và hiệu ứng trường sử dụng một bóng bán dẫn trong trình điều khiển. Đây được gọi là các mạch tắt bóng bán dẫn điện thụ động. Có thể thấy trong hình, cấu trúc của các mạch điều khiển hoàn toàn giống nhau, điều này cho phép sử dụng các mạch giống nhau để điều khiển bóng bán dẫn của cả hai loại. Trong trường hợp này, sự hấp thụ của các sóng mang 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, ngăn chặn quá trình chuyển đổi điều khiển không chỉ khi tắt mà còn trong khoảng thời gian bật, không thể được chọn quá nhỏ, điều này 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 sạc. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bóng bán dẫn đặt lại, bóng bán dẫn này chỉ được bật trong khoảng thời gian tạm dừng. Mạch điều khiển tương ứng cho bóng bán dẫn lưỡng cực và MOS được trình bày trên hình 2.17.
Bài viết này dành cho sự phát triển của Electrum AV LLC cho các ứng dụng công nghiệp, có đặc điểm tương tự như các thiết bị mô-đun do Semikron và CT Concept sản xuất.
Các khái niệm hiện đại về phát triển điện tử công suất và trình độ cơ sở công nghệ của vi điện tử hiện đại quyết định sự phát triển tích cực của các hệ thống được xây dựng trên các thiết bị IGBT có 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 nhằm phát triển một loạt mô-đun IGBT công suất trung bình tại doanh nghiệp Kontur (Cheboksary) và một loạt mô-đun IGBT công suất cao tại doanh nghiệp Kremniy ( Bryansk). Đồng thời, việc sử dụng và phát triển các hệ thống dựa trên module IGBT còn hạn chế do thiếu các thiết bị điều khiển trong nước để điều khiển 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 chuyển đổi có điện áp lên tới 200 V.
Hiện tại, các thiết bị điều khiển cho bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao và bóng bán dẫn IGBT được đại diện trên thị trường “điện tử” Nga bởi Agilent Technologies, IR, Powerex, Semikron và CT Concept. Các sản phẩm IR và Agilent chỉ chứa một thiết bị tạo tín hiệu điều khiển bóng bán dẫn và mạch bảo vệ, đồng thời trong trường hợp làm việc với bóng bán dẫn công suất cao hoặc ở tần số cao, cần có các bộ phận bổ sung để sử dụng: bộ chuyển đổi DC/DC có công suất cần thiết để tạo ra điện áp cung cấp của các tầng đầu ra, các tầng đầu ra bên ngoài mạnh mẽ để tạo tín hiệu điều khiển cổng với độ dốc cần thiết của các cạnh, các phần tử bảo vệ (điốt zener, điốt, v.v.), các phần tử giao diện hệ thống điều khiển (logic đầu vào, tạo sơ đồ điều khiển cho thiết bị nửa 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 và cần có các thành phần bên ngoài bổ sung để phù hợp với TTL, CMOS và cáp quang. Cũng không có tín hiệu trạng thái cần thiết nào với cách ly điện.
Các trình điều khiển đầy đủ chức năng nhất là của Semikron (dòng SKHI) và CT Concept (loại Tiêu chuẩn hoặc QUY MÔ). Trình điều khiển CT Concept của dòng Standart và trình điều khiển SKHI được chế tạo 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 các phần tử điều chỉnh của người tiêu dùng. Các sản phẩm tương tự nhau về tính năng chức năng và tham số.
Phạm vi trình điều khiển SKHI được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1. Danh pháp trình điều khiển SKHI
| Loại trình điều khiển Semikron | Số kênh | Điện áp tối đa để điều khiển. bóng bán dẫn, V | Thay đổi điện áp cổng, V | Số lần hiển thị tối đa. lối ra hiện tại, A | Điện tích cổng tối đa, µC | Tần số, kHz | Điện áp cách điện, kV | DU/dt, kV/µs |
| SKHI 12/10 | 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/22B | 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 |
| SKHIВS 01 | 7 | 1200 | +15/–8 | 1,5 | 0,75 | 20 | 2,5 | 15 |
Trình điều khiển CT Concept SCALE được chế tạo trên cơ sở lắp ráp lai cơ bản và bao gồm các bộ phận chính để điều khiển các bóng bán dẫn hiệu ứng trường hoặc IGBT mạnh mẽ, được gắn trên bảng mạch in, với khả năng cài đặt các bộ phận điều chỉnh cần thiết. Bo mạch cũng được trang bị các đầu nối và ổ cắm cần thiết.
Phạm vi của bộ điều khiển SCALE lai cơ bản của CT Concept được thể hiện trong Bảng 2.
Các thiết bị trình điều khiển do Electrum AV sản xuất là những thiết bị hoàn thiện, hoàn thiện về mặt chức năng, chứa tất cả các yếu tố cần thiết để điều khiển cổng của bóng bán dẫn mạnh mẽ, cung cấp mức độ phù hợp cần thiết của tín hiệu dòng điện và điện thế, thời lượng của các cạnh và độ trễ, cũng như các mức cần thiết bảo vệ 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 không đủ ở cổng. Bộ chuyển đổi DC/DC và tầng đầu ra bóng bán dẫn được sử dụng có công suất cần thiết để đảm bảo chuyển đổi các bóng bán dẫn được điều khiển ở bất kỳ nguồn điện nào ở 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 để sử dụng trong hệ thống điện áp cao.
Bảng 2. Danh pháp các bộ điều khiển SCALE hybrid cơ bản của CT Concept
| Loại trình điều khiển từ CT Concept | Số kênh | Điện áp cung cấp trình điều khiển, V | Số lần hiển thị tối đa. dòng điện đầu ra, A | Điện áp tối đa trên điều khiển. bóng bán dẫn, V | Công suất đầu ra, W | Độ trễ, ns | Điện áp cách điện, V | du/dt, kV/μs | Cổng vào |
| IGD 508E | 1 | ±15 | ±8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Tập | |
| IGD 515E | 1 | ±15 | ±15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Tập | |
| 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 |
| IHD 580 F | 2 | ±15 | ±8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | Tập |
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 các thiết bị nửa cầu.
Mô-đun điều khiển cho IGBT kênh đơn và bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
Mô-đun trình điều khiển MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P là mạch tích hợp lai để điều khiển IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ, kể cả khi chúng được kết nối song song. Mô-đun này cung cấp khả năng kết hợp mức dòng điện và điện áp với hầu hết các IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao với điện áp tối đa cho phép lên tới 1700 V, bảo vệ chống quá tải hoặc ngắn mạch và chống thiếu điện áp ở cổng bóng bán dẫn. Trình điều khiển tạo ra tín hiệu “báo động” khi chế độ hoạt động của bóng bán dẫn bị vi phạm. Sử dụng các phần tử bên ngoài, chế độ vận hành của trình điều khiển được điều chỉnh 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 biến dòng điện. Các thiết bị MD115P, MD150P, MD180P có bộ chuyển đổi DC/DC tích hợp để cấp nguồn cho các tầng đầu ra của trình điều khiển. Các 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 U +” (chỉ dành cho các kiểu máy có chỉ số “P”) 6 - “U nguồn –” ( chỉ dành cho các mẫu có chỉ số “P”) 7 - “Chung” 8 - “+E power” 9 - “output” - điều khiển cổng bóng bán dẫn 10 - “–E power” 11 - “chuyển tiếp” - đầu vào điều khiển điện áp bão hòa của bóng bán dẫn được điều khiển 12 - “dòng điện” - đầu vào để theo dõi dòng điện chạy qua bóng bán dẫn được điều khiển
Mô-đun trình điều khiển cho IGBT kênh đôi và bóng bán dẫn hiệu ứng trường điện IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I
Các mô-đun trình điều khiển MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P là mạch tích hợp lai để điều khiển IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh mẽ thông qua 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 khả năng kết hợp mức dòng điện và điện áp với hầu hết các IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao với điện áp tối đa cho phép lên đến 1700 V, bảo vệ chống quá tải hoặc đoản mạch và mức điện áp không đủ ở cổng bóng bán dẫn. Đầu vào của trình điều khiển được cách ly về mặt điện với bộ nguồn có điện áp cách điện 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 tình trạng sẵn có của nguồn điện. Sử dụng các phần tử bên ngoài, chế độ vận hành của trình điều khiển được điều chỉnh để điều khiển tối ưu các loại bóng bán dẫn khác nhau.
Bảng 4. Ký hiệu chân của mô-đun trình điều khiển IGBT kênh đôi và bóng bán dẫn hiệu ứng trường nguồn
| Ghim số. | chỉ định | Chức năng | Ghim số. | chỉ định | Chức năng |
| 14 | ВХ1 “+” | Đầu vào điều khiển trực tiếp kênh 1 | 15 | IR | Bộ thu đo để theo dõi điện áp bão hòa trên bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên |
| 13 | ВХ1 “-” | Đầu vào điều khiển nghịch đảo của kênh đầu tiên | 16 | IR1 | 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 điện áp cung cấp giai đoạn đầu ra của kênh đầu tiên | 17 | Out2 | Đầu ra điều khiển cổng bán dẫn với thời gian bật có thể điều chỉnh của bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên |
| 11 | Tây Bắc | Đầu vào để kết nối tụ điện bổ sung (cài đặt thời gian trễ bật) của kênh đầu tiên | 18 | Ra 1 | Đầu ra điều khiển cổng 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 cảnh báo trạng thái trên bóng bán dẫn được điều khiển của kênh đầu tiên | 19 | –E hố | |
| 9 | KHỐI | Khóa đầu vào | 20 | Tổng quan | Đầu ra điện áp cung cấp của phần nguồn của trình điều khiển kênh đầu tiên |
| 8 | Không liên quan | 21 | +E hố | Đầu ra điện áp cung cấp của phần nguồn của trình điều khiển kênh đầu tiên | |
| 7 | +5V | 22 | +E hố" | ||
| 6 | Đầu vào để kết nối nguồn với mạch đầu vào | 23 | Tổng quan" | Đầu ra điện áp cung cấp của phần nguồn của trình điều khiển kênh thứ hai | |
| 5 | ВХ2 “+” | Đầu vào điều khiển trực tiếp kênh 2 | 24 | –E hố" | Đầu ra điện áp cung cấp của phần nguồn của trình điều khiển kênh thứ hai |
| 4 | ВХ2 “-” | Đầu vào điều khiển nghịch đảo của kênh thứ hai | 25 | Out1" | Đầu ra điều khiển cổng 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 điện áp cung cấp giai đoạn đầu ra của kênh thứ hai | 26 | Out2" | Đầu ra điều khiển cổng 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 tụ điện bổ sung (cài 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 cảnh báo trạng thái 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 |
Các thiết bị thuộc cả hai loại MD1ХХХ và MD2ХХХ cung cấp khả năng tạo tín hiệu điều khiển cổng bán dẫn với các giá trị dòng sạc và dòng xả có thể điều chỉnh riêng biệt, với các thông số động cần thiết, cung cấp khả năng kiểm soát điện áp và bảo vệ các cổng bán dẫn trong trường hợp điện áp không đủ hoặc quá mức trên họ. 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 một cách trơn tru trong các tình huống quan trọng, tạo ra tín hiệu bộ ghép quang cho biết điều này. Ngoài các chức năng này, các thiết bị dòng MD1XXX còn có khả năng điều khiển dòng điện thông qua một bóng bán dẫn được điều khiển bằng điện trở đo dòng điện bên ngoài - một “shunt”. Những điện trở như vậy, có điện trở từ 0,1 đến vài mOhms và công suất hàng chục và hàng trăm W, được chế tạo trên đế gốm dưới dạng dải nichrome hoặc manganin có hình học chính xác với các giá trị danh nghĩa có thể điều chỉnh được, 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 cơ bản
| Mạch đầu vào | ||||
| phút. | kiểu. | Tối đa. | ||
| Điện áp cung cấp, V | 4,5 | 5 | 18 | |
| Mức tiêu thụ hiện tại, mA | không quá 80 khi không tải không quá 300 mA khi có tải | |||
| Logic đầu vào | CMOS 3–15V, TTL | |||
| Dòng điện ở đầu vào điều khiển, mA | không quá 0,5 | |||
| Điện áp đầu ra st, V | không quá 15 | |||
| Dòng điện đầu ra st, mA | ít nhất 10 | |||
| Mạch đầu ra | ||||
| Dòng điện đầu ra cực đại, 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 đổi tối đa, kHz | không ít hơn 100 | |||
| Tốc độ thay đổi điện áp, kV/µs | ít nhất 50 | |||
| Điện áp tối đa trên bóng bán dẫn được điều khiển, V | không ít hơn 1200 | |||
| Bộ chuyển đổi DC / DC | ||||
| Điện áp đầu ra, V | ít nhất 15 | |||
| Công suất, W | không ít hơn 1 không ít hơn 6 (đối với các mẫu có chỉ số M) | |||
| Hiệu quả | ít nhất 80% | |||
| Đặc tính động | ||||
| Trì hoãn đầu ra đầu vào t bật, µs | không quá 1 | |||
| Tắt độ trễ tắt bảo vệ t, µs | không quá 0,5 | |||
| Độ trễ bật trạng thái, μs | không quá 1 | |||
| Thời gian phục hồi sau khi kích hoạt bảo vệ, μs | không quá 10 | |||
| ít nhất 1 (được đặt theo điện dung Сt,Сt") | ||||
| Thời gian đáp ứng của mạch bảo vệ điện áp bão hòa khi bật Transistor tblock, μs | ít nhất 1 | |||
| Ngưỡng điện áp | ||||
| phút. | kiểu. | Tối đa. | ||
| Ngưỡng bảo vệ khi nguồn điện 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 bị tắt và tín hiệu CT được tạo ra ở điện áp ở đầu vào “IR”, V | 6 | 6,5 | 7 | |
| Vật liệu cách nhiệt | ||||
| Điện áp cách ly của tín hiệu điều khiển so với tín hiệu nguồn, V | điện áp xoay chiều không nhỏ hơn 4000 | |||
| Điện áp cách điện của bộ chuyển đổi DC/DC, V | điện áp không nhỏ hơn 3000 DC | |||
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 hiệu quả rất cao của quá trình chuyển đổi.
Các thiết bị thuộc dòng MD2ХХХ có khối logic đầu vào tích hợp cho phép bạn điều khiển tín hiệu với các giá trị khác nhau từ 3 đến 15 V (CMOS) và các mức TTL tiêu chuẩn, đồng thời cung cấp một mức tín hiệu điều khiển cổng bóng bán dẫn giống hệt nhau và tạo thành một Thời gian trễ chuyển mạch của điện áp trên và cao hơn, có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng tụ điện bên ngoài, nhánh dưới của nửa cầu, đảm bảo không có dòng điện chạy qua.
Các tính năng của việc sử dụng trình điều khiển bằng ví dụ về thiết bị MD2ХХХ
Đánh giá ngắn
Các mô-đun trình điều khiển MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P là các mô-đun điều khiển phổ quát được thiết kế để chuyển đổi IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao.
Tất cả các loại MD2ХХХ đều có các tiếp điểm tương thích lẫn nhau và chỉ khác nhau ở mức dòng xung tối đa.
Các loại MD có công suất cao hơn - MD250, MD280, MD250P, MD280P rất phù hợp với hầu hết các mô-đun hoặc một số bóng bán dẫn 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 cho các vấn đề về điều khiển và bảo vệ cho IGBT và bóng bán dẫn hiệu ứng trường điện. Trên thực tế, không có thành phần bổ sung nào được yêu cầu ở phía đầu vào hoặc đầu ra.
Hoạt động
Các mô-đun trình điều khiển MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P cho mỗi kênh trong số hai kênh chứa:
- mạch đầu vào cung cấp khả năng khớp mức tín hiệu và độ trễ chuyển mạch bảo vệ;
- cách ly điện giữa mạch đầu vào và phần nguồn (đầu ra);
- mạch điều khiển cổng bán dẫn; trên một bóng bán dẫn mở;
- mạch giám sát mức điện áp cung cấp của bộ phận nguồn của trình điều khiển;
- bộ khuếch đại;
- bảo vệ chống tăng điện áp ở phần đầu ra của trình điều khiển;
- nguồn điện áp cách ly bằng điện - Bộ chuyển đổi DC//DC (chỉ dành cho các mô-đun có chỉ số P)
Cả hai kênh trình điều khiển đều hoạt động độc lập với nhau.
Nhờ khả năng cách ly điện được cung cấp bởi máy biến áp và bộ ghép quang (chịu điện áp thử nghiệm 2650 V AC ở 50 Hz trong 1 phút) giữa mạch đầu vào và phần nguồn, cũng như tốc độ xoay điện áp cực cao 30 kV/µs , mô-đun trình điều khiển được sử dụng trong các mạch có điện áp lớn và các bước nhảy tiềm năng lớn xảy ra giữa bộ phận nguồn và mạch điều khiển.
Thời gian trễ rất ngắn của trình điều khiển dòng MD2XXX cho phép chúng được sử dụng trong các nguồn điện 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 gặp sự cố trong quá trình điều khiển cầu.
Một trong những chức năng chính của trình điều khiển dòng MD2ХХХ là đảm bảo bảo vệ đáng tin cậy các bóng bán dẫn điện được điều khiển khỏi đoản mạch và quá tải. Trạng thái khẩn cấp của bóng bán dẫn được xác định bằng cách sử dụng điện áp trên bộ thu của bóng bán dẫn điện ở trạng thái mở. Nếu vượt quá ngưỡng do người dùng xác định, bóng bán dẫn nguồn sẽ tắt và vẫn bị tắt cho đến khi mức tín hiệu hoạt động ở đầu vào điều khiển kết thúc. 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 IGBT một cách đáng tin cậy.
Phân công chức năng của các chân
Chân 14 (VX1 “+”), 13 (VX1 “-”)
Chân 13 và 14 là đầu vào điều khiển trình điều khiển. Việc kiểm soát được thực hiện bằng cách áp dụng các mức logic TTL cho chúng. Đầu vào In1 “+” là trực tiếp, nghĩa là khi cấp logic 1 vào nó, bóng bán dẫn nguồn sẽ mở và khi cấp 0, nó sẽ đóng. Đầu vào In1 “–” là nghịch đảo, nghĩa là khi cấp logic 1 vào nó, bóng bán dẫn điện sẽ đóng và khi cấp 1, nó sẽ mở. Thông thường, In1 “–” được kết nối với dây dẫn chung của phần đầu vào của trình điều khiển và được điều khiển bằng đầu vào In1 “+”. Kết nối trình điều khiển đảo ngược và không đảo ngược được hiển thị trong Hình 10.
Bảng 6 hiển thị sơ đồ trạng thái của một kênh trình điều khiển.
Việc cách ly điện giữa phần đầu vào và đầu ra của trình điều khiển tại các chân này được thực hiện bằng cách sử dụng bộ ghép quang. Nhờ sử dụng chúng, khả năng ảnh hưởng của các quá trình nhất thời xảy ra trên bóng bán dẫn điện đến mạch điều khiển bị loại bỏ.
Bảng 6. Sơ đồ trạng thái của một kênh điều khiển
| Trong1+ | Trong 1- | Điện áp cổng bán dẫn | Điện áp bão hòa bóng bán dẫn> bình thường | St | St "+E hố" | Ngoài |
| X | X | + | X | X | L | L |
| x | x | x | + | tôi | N | tôi |
| tôi | x | x | x | x | N | tôi |
| x | H | x | x | x | H | tôi |
| H | tôi | - | - | H | H | H |
Mạch đầu vào có chức năng bảo vệ tích hợp ngăn chặn cả hai bóng bán dẫn điện của nửa cầu mở đồng thời. Nếu tín hiệu điều khiển hoạt động được cấp vào đầu vào điều khiển của cả hai kênh thì mạch sẽ bị chặn và cả hai bóng bán dẫn điện sẽ đóng.
Các mô-đun trình điều khiển phải được đặt càng gần các bóng bán dẫn điện càng tốt và kết nối với chúng bằng dây dẫn ngắn nhất có thể. Đầu vào In1 “+” và In1 “–” có thể được kết nối với mạch điều khiển và giám sát bằng dây dẫn dài tới 25 cm.
Hơn nữa, dây dẫn phải chạy song song. Ngoài ra, đầu vào In1 “+” và In1 “–” có thể được kết nối với mạch điều khiển và giám sát bằng cặp xoắn. Dây dẫn chung đến mạch đầu vào phải luôn được kết nối riêng biệt cho cả hai kênh để đảm bảo việc truyền xung điều khiển một cách đáng tin cậy.
Lưu ý rằng 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.
Chân 12 (ST “+E hố”)
Chân 12 là đầu ra trạng thái xác nhận sự hiện diện của nguồn (+18 V) ở phần đầu ra (nguồn) của trình điều khiển. Nó được lắp ráp theo mạch thu hở. Khi trình điều khiển hoạt động bình thường (có nguồn điện và mức đủ), chân trạng thái được kết nối với chân chung của mạch điều khiển bằng một bóng bán dẫn mở. Nếu chân trạng thái này được kết nối theo sơ đồ trong Hình 11, thì tình huống khẩn cấp sẽ tương ứng với mức điện áp cao trên nó (+5 V). Hoạt động bình thường của trình điều khiển sẽ tương ứng với mức điện áp thấp ở 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 theo công thức R = U/0,01,
trong đó U là điện áp cung cấp. Khi điện áp nguồn giảm xuống dưới 12 V, bóng bán dẫn nguồn sẽ tắt và trình điều khiển bị chặn.
Chân 11 (Сз)
Một tụ điện bổ sung được kết nối với chân 11, giúp tăng thời gian trễ giữa tấn xung đầu vào và đầu ra trên 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 độ trễ này là để loại bỏ sự xuất hiện của dòng điện chạy qua trong nửa cầu. Thông qua dòng điện, các bóng bán dẫn điện sẽ bị nóng lên, kích hoạt bảo vệ khẩn cấp, tăng mức tiêu thụ dòng điện và làm giảm hiệu suất của mạch. Bằng cách đưa ra độ trễ này, cả hai kênh của trình điều khiển tải nửa cầu có thể được điều khiển bằng một tín hiệu sóng vuông duy nhất.
Ví dụ: mô-đun 2MBI 150 có độ trễ tắt là 3 μs; do đó, để ngăn chặn sự xuất hiện của dòng điện chạy qua mô-đun khi các kênh được điều khiển chung, cần lắp thêm một điện dung bổ sung 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 cảnh báo trên bóng bán dẫn điện của kênh đầu tiên. Mức logic cao ở đầu ra tương ứng với hoạt động bình thường của trình điều khiển và mức thấp tương ứng với trường hợp khẩn cấp. Tai nạn xảy ra khi điện áp bão hòa trên bóng bán dẫn điện vượt quá mức ngưỡng. Dòng điện tối đa chạy qua đầu ra là 8 mA.
Chân 9 (Khối)
Chân 6 là đầu vào điều khiển trình điều khiển. Khi một đơn vị logic được áp dụng cho nó, hoạt động của trình điều khiển sẽ bị chặn và điện áp chặn được cung cấp cho các bóng bán dẫn điện. Đầu vào chặn là chung cho cả hai kênh. Để trình điều khiển hoạt động bình thường, số 0 logic phải được áp dụng cho đầu vào này.
Chân 8 không được sử dụng.
Chân 7 (+5 V) và 6 (chung)
Chân 6 và 7 là đầu vào để kết nối nguồn với trình điều khiển. Nguồn được cung cấp từ nguồn có công suất 8 W và điện áp đầu ra 5 ± 0,5 V. Nguồn điện phải được kết nối với bộ điều khiển bằng dây dẫn ngắn (để giảm tổn thất và tăng khả năng chống ồn). Nếu dây dẫn kết nối có chiều dài hơn 25 cm thì cần đặt các tụ chống ồn (tụ gốm có công suất 0,1 μF) giữa chúng càng gần trình điều khiển càng tốt.
Chân 15 (IR)
Chân 15 (bộ thu đo) được nối với bộ thu của bóng bán dẫn điện. Thông qua nó, điện áp trên bóng bán dẫn mở được điều khiển. Trong trường hợp đoản mạch hoặc quá tải, điện áp trên bóng bán dẫn mở sẽ tăng mạnh. Khi vượt quá giá trị điện áp ngưỡng ở bộ thu bóng bán dẫn, bóng bán dẫn nguồn sẽ tắt và trạng thái cảnh báo ST được kích hoạt. Sơ đồ thời gian của các quá trình xảy ra trong trình điều khiển khi kích hoạt bảo vệ được hiển thị trong Hình 7. Ngưỡng đáp ứng bảo vệ có thể được giảm bằng cách kết nối các điốt mắc nối tiếp và giá trị ngưỡng của điện áp bão hòa là U us. por.=7 –n U pr.VD, trong đó n là số lượng điốt, U pr.VD là điện áp rơi trên diode mở. Nếu bóng bán dẫn điện được cấp nguồn từ nguồn 1700 V thì phải lắp thêm một diode có điện áp đánh thủng ít nhất là 1000 V. Cực âm của diode được nối với cực thu của bóng bán dẫn điện. Thời gian đáp ứng bảo vệ có thể được điều chỉnh bằng chân 16-IK1.
Chân 16 (IC1)
Chân 16 (bộ thu đo), không giống như chân 15, không có diode tích hợp và điện trở giới hạn. Cần phải kết nối một tụ điện xác định thời gian đáp ứng của bảo vệ dựa trên điện áp bão hòa trên một bóng bán dẫn mở. Độ trễ này là cần thiết để ngăn chặn nhiễu ảnh hưởng đến mạch. Bằng cách kết nối một tụ điện, thời gian đáp ứng bảo vệ tăng tỷ lệ với điện dung chặn t = 4 CU us. por., trong đó C là điện dung của tụ điện, pF. Thời gian này được tính bằng thời gian trễ bên trong của trình điều khiển tắt t (10%) = 3 μs. Theo mặc định, trình điều khiển chứa 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, có thể tăng thời gian này bằng cách kết nối điện dung giữa chân 16 và dây cấp nguồn chung của bộ nguồn.
Chân 17 (out. 2) và 18 (out. 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. Chân 17 (out. 2) cung cấp điện thế dương (+18 V) cho cổng của mô-đun được điều khiển và chân 18 (out. 1) cung cấp điện thế âm (–5 V). Nếu cần đảm bảo các cạnh điều khiển dốc (khoảng 1 μs) và công suất tải không quá cao (hai mô-đun 2MBI 150 được kết nối song song), có thể cho phép kết nối trực tiếp các đầu ra này với các chân điều khiển của mô-đun. Nếu bạn cần siết chặt các cạnh hoặc hạn chế dòng điều khiển (trong trường hợp tải nặng), thì các mô-đun phải được kết nối với chân 17 và 18 thông qua các điện trở giới hạn.
Nếu điện áp bão hòa vượt quá mức ngưỡng, điện áp sẽ giảm trơn tru để bảo vệ ở cổng của bóng bán dẫn điều khiển. Thời gian để giảm điện áp ở cổng tranzito xuống mức tắt 90%t (90%) = 0,5 μs, đến mức tắt 10%t (10%) = 3 μs. Việc giảm điện áp đầu ra một cách trơn tru là cần thiết để loại bỏ khả năng tăng điện áp.
Chân 19 (nguồn –E), 20 (Chung) và 21 (+ nguồn E)
Các chân 19, 20 và 21 là các đầu ra nguồn của phần nguồn driver. Các chân này nhận điện áp từ bộ chuyển đổi DC/DC của trình điều khiển. Trong trường hợp sử dụng trình điều khiển như MD215, MD250, MD280 không có bộ chuyển đổi DC/DC tích hợp, nguồn điện bên ngoài được kết nối tại đây: 19 pin –5 V, 20 pin - chung, 21 pin +18 V cho dòng điện lên đến 0,2 A.
Tính toán và lựa chọn trình điều khiển
Dữ liệu ban đầu để tính toán là điện dung đầu vào của mô-đun C in hoặc điện tích tương đương Q in, điện trở đầu vào của mô-đun R in, dao động điện áp ở đầu vào mô-đun U = 30 V (cho trong thông tin tham khảo cho mô-đun), tần số hoạt động tối đa mà tại đó mô-đun hoạt động f max.
Cần tìm dòng 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 giới hạn.
Nếu điện tích Qin được chỉ định trong dữ liệu nguồn thì cần phải tính toán lại nó thành điện dung đầu vào tương đương Cin = Qin /D U.
Công suất phản kháng phân bổ cho điện dung đầu vào của mô-đun được tính theo công thức Рс =f Q đầu vào DU. Tổng công suất của bộ biến đổi DC/DC của bộ điều khiển Р là tổng công suất tiêu thụ ở giai đoạn đầu ra của mô-đun trình điều khiển Рout và công suất phản kháng được phân bổ cho điện dung đầu vào của mô-đun Рс: P = P out + Pc.
Tần số hoạt động và dao động điện áp ở đầu vào mô-đun được lấy ở mức tối đa trong các tính toán; do đó, đã đạt được công suất tối đa có thể có của bộ chuyển đổi DC/DC trong quá trình vận hành trình điều khiển bình thường.
Biết điện trở của điện trở giới hạn R, bạn có thể tìm được dòng xung chạy qua bộ điều khiển: I max = D U/R.
Dựa trên kết quả tính toán có thể lựa chọn bộ điều khiển tối ưu nhất cần thiết để điều khiển module nguồn.
MOP (trong giai cấp tư sản MOSFET) là viết tắt của Metal-Oxide-Semiconductor, từ chữ viết tắt này cấu trúc của bóng bán dẫn này trở nên rõ ràng.
Nếu trên ngón tay thì nó có một kênh bán dẫn đóng vai trò là một tấm của tụ điện và tấm thứ hai là một điện cực kim loại nằm xuyên qua một lớp oxit silicon mỏng, là chất điện môi. Khi đặt điện áp vào cổng, tụ điện này được tích điện và điện trường của cổng kéo các điện tích về 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 xuống sắc nét. Điện áp càng cao thì càng có nhiều điện tích và điện trở càng thấp, do đó, điện trở có thể giảm xuống các giá trị nhỏ - một phần trăm ohm, và nếu bạn tăng điện áp hơn nữa, lớp oxit và bóng bán dẫn Khan sẽ bị phá vỡ sẽ xảy ra.
Ưu điểm của bóng bán dẫn như vậy, so với bóng bán dẫn lưỡng cực, là rõ ràng - điện áp phải được đặt vào cổng, nhưng vì nó là chất điện môi nên dòng điện sẽ bằng 0, có nghĩa là cường độ 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 mạch, khi tụ điện đang sạc và xả.
Nhược điểm phát sinh từ đặc tính điện dung của nó - sự hiện diện của điện dung trên cổng đòi hỏi 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 tích điện chậm - không có sự thoát khỏi hằng số thời gian của mạch RC.
Các bóng bán dẫn MOS là P và Nống dẫn. Chúng có cùng nguyên lý, điểm khác biệt duy nhất là cực tính của các sóng mang hiện tại trong kênh. Theo đó, theo các hướng khác nhau 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. Tức là có hai mô hình có đặc điểm giống hệt nhau, nhưng một trong số đó là kênh N và mô hình còn lại là kênh P. Dấu hiệu của họ, như một quy luật, khác nhau một chữ số.
 |
Phổ biến nhất của tôi CHỔI LAU NHÀ bóng bán dẫn là IRF630(n kênh) và IRF9630(kênh p) có lần tôi làm khoảng chục cái mỗi loại. Sở hữu thân hình không quá lớn ĐẾN-92 bóng bán dẫn này có thể tự 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 có những thứ hay hơn chẳng hạn IRF7314, có khả năng mang cùng 9A, nhưng đồng thời nó vừa với hộp đựng SO8 - kích thước bằng hình vuông của một cuốn sổ tay.
Một trong những vấn đề về lắp ghép MOSFET bóng bán dẫn và vi điều khiển (hoặc mạch kỹ thuật số) là để mở hoàn toàn cho đến khi bão hòa hoàn toàn, bóng bán dẫn này cần truyền thêm một chút điện áp vào cổng. Thông thường đây là khoảng 10 volt và MK có thể xuất ra tối đa 5 volt.
Có ba lựa chọn:
Nhưng nhìn chung, việc cài đặt trình điều khiển sẽ đúng hơn, vì ngoài chức năng chính là tạo tín hiệu điều khiển, nó còn cung cấp khả năng bảo vệ dòng điện, bảo vệ chống sự cố, quá áp, như một món trang sức bổ sung, tối ưu hóa tốc độ mở đến mức tối đa, nói chung, nó không tiêu thụ dòng điện một cách vô ích. Việc chọn một bóng bán dẫn cũng không khó lắm, đặc biệt 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 NHẬN DẠNG bạn chọn một bóng bán dẫn dựa trên dòng điện tối đa cho tải của bạn, tốt nhất là với biên độ 10%. Thông số quan trọng tiếp theo dành cho bạn là VGS- Điện áp bão hòa cổng nguồn hay đơn giản hơn là điện áp điều khiển. Đôi khi nó được viết ra, nhưng thường thì bạn phải nhìn vào biểu đồ. Tìm kiếm biểu đồ của đặc tính đầu ra Phụ thuộc NHẬN DẠNG từ VDSở các giá trị khác nhau VGS. Và bạn tìm ra loại chế độ bạn sẽ có.
Ví dụ, bạn cần cấp nguồn cho động cơ ở mức 12 volt, với dòng điện 8A. Bạn vặn driver và chỉ có tín hiệu điều khiển 5 volt. Điều đầu tiên tôi nghĩ đến sau bài viết này là IRF630. Dòng điện phù hợp với biên độ 9A so với mức yêu cầu 8. Nhưng hãy xem đặc tính đầu ra:
Nếu bạn định sử dụng công tắc này, bạn cần hỏi về thời gian mở và đóng của bóng bán dẫn, chọn cái lớn nhất và tính tần số tối đa mà nó có khả năng tương ứng với thời gian. Đại lượng này được gọi là Chuyển đổi độ trễ hoặc tiếp tục,tắt, nói chung là đại loại thế này. Vâng, tần số là 1/t. Bạn cũng nên xem xét công suất cổng C là 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 hiệu suất. Nếu hằng số thời gian lớn hơn chu kỳ của nó, thì bóng bán dẫn sẽ không mở/đóng mà sẽ treo ở một trạng thái trung gian nào đó, vì điện áp tại cổng của nó sẽ được mạch RC này tích hợp thành điện áp không đổi.
Khi xử lý các bóng bán dẫn này, hãy nhớ thực tế là Họ không chỉ sợ tĩnh điện mà còn RẤT MẠNH. Có nhiều khả năng xuyên qua màn trập bằng điện tích tĩnh. Vậy tôi đã mua nó bằng cách nào? ngay lập tức thành giấy bạc và đừng lấy nó ra cho đến khi bạn niêm phong nó. Đầu tiên hãy tiếp đất cho pin và đội một chiếc mũ giấy bạc :).
