Application du dispositif électronique de puissance IGBT
Nous sommes une grande imprimerie à Shenzhen en Chine. Nous proposons toutes les publications de livres, impression de livres à couverture rigide, impression de livres à couverture rigide, cahiers à couverture rigide, impression de livres en papier, impression de livres pour piqûre à cheval, impression de livrets, boîte d'emballage, calendriers, PVC de toutes sortes, brochures de produits, notes, livres pour enfants, autocollants, tous types de produits d'impression couleur spéciaux sur papier, cartes de jeu, etc.
Pour plus d'informations, s'il vous plaît visitez
http://www.joyful-printing.com. ENG seulement
http://www.joyful-printing.net
http://www.joyful-printing.org
email: info@joyful-printing.net
Les IGBT sont largement utilisés dans les dispositifs électroniques de puissance représentés par des onduleurs et divers types d’alimentations. L'IGBT combine les avantages des transistors de puissance bipolaires et des transistors MOSFET de puissance et présente les avantages suivants: contrôle de tension, impédance d'entrée élevée, faible puissance de commande, circuit de contrôle simple, faible perte de commutation, vitesse de commutation rapide et fréquence de fonctionnement élevée.
Cependant, les IGBT, comme les autres composants électroniques de puissance, dépendent des conditions de circuit et des environnements de commutation. Par conséquent, le circuit de commande et de protection de l'IGBT est la difficulté et le centre de la conception du circuit, et constitue le lien clé de l'ensemble du fonctionnement de l'appareil.
1 caractéristiques de fonctionnement IGBT
L'IGBT est un dispositif de commande de type tension nécessitant très peu de courant et de puissance de commande et pouvant être directement connecté à un bloc de fonction analogique ou numérique sans aucun circuit d'interface supplémentaire. L'activation et la désactivation de l'IGBT est contrôlée par la tension de grille UGE. Lorsque UGE est supérieur à la tension d'activation UGE (th), l'IGBT est activé. Lorsqu'un signal inversé ou nul est appliqué entre la porte et l'émetteur, l'IGBT est désactivé. Cassé.
Comme un transistor ordinaire, l'IGBT peut fonctionner dans les régions d'amplification linéaire, de saturation et de coupure. Il est principalement utilisé en tant que dispositif de commutation. Dans le circuit de commande, les états d'activation et de désactivation de la saturation de l'IGBT sont principalement étudiés, de sorte que le front montant d'activation et le front descendant de désactivation sont raides.
2 exigences de circuit de commande IGBT
Les points suivants doivent être observés lors de la conception d’un pilote IGBT.
1) L’amplitude de la tension de commande directe de la grille aura un impact important sur les performances du circuit et doit être choisie correctement. Lorsque la tension de marche avant augmente, la résistance à la mise sous tension de l'IGBT est réduite, de sorte que la perte à la mise sous tension est réduite. Toutefois, si la tension d’entraînement directe est trop élevée, le courant de court-circuit IC augmente avec l’UGE lorsque la charge est court-circuitée, ce qui peut entraîner un effet de maintien de l’IGBT, entraînant une défaillance de la porte. En conséquence, l'IGBT est endommagé. si la tension d'attaque directe est trop faible, l'IGBT quitte la région de conduction de saturation et pénètre dans la région d'amplification linéaire, provoquant une surchauffe et des dommages de l'IGBT; en utilisation, 12 V ≤ UGE ≤ 18 V est préférable. La tension de polarisation négative de la porte empêche la mauvaise conduite de l'IGBT en raison d'un courant de surcharge excessif lors de l'arrêt. Généralement, une tension de polarisation négative est choisie pour être 5V. De plus, le circuit de commande doit fournir une tension et une amplitude de courant suffisantes après la mise en marche de l’IGBT, de sorte que celui-ci ne quitte pas la région de conduction de saturation et qu’il soit endommagé dans des conditions de fonctionnement et de surcharge normales.
2) L'activation et la désactivation rapides de l'IGBT sont bénéfiques pour augmenter la fréquence de fonctionnement et réduire les pertes de commutation. Cependant, la fréquence de commutation de l'IGBT ne doit pas être trop grande sous des charges inductives importantes, car une activation et une désactivation à grande vitesse entraîneront une tension de crête élevée, susceptible de provoquer la panne de l'IGBT ou d'autres composants.
3) Le choix d'une résistance de grille série appropriée RG et d'une capacité de grille CG est important pour le pilotage de l'IGBT. RG est petit, la constante de temps de charge / décharge entre les émetteurs de grille est relativement petite, ce qui provoquera un courant important à la mise en marche, ce qui endommagera l’IGBT; RG est plus large, ce qui est bénéfique pour supprimer dvce / dt, mais augmentera le temps de commutation et la perte de commutation de l'IGBT. . Un CG approprié est bon pour supprimer dic / dt, le CG est trop grand et le délai d’arrivée est retardé. Si la CG est trop petite, l’effet de supprimer dic / dt n’est pas évident.
4) Lorsque l'IGBT est éteint, la tension grille-émetteur est facilement perturbée par les paramètres parasites de l'IGBT et du circuit, ce qui provoque une mauvaise conductivité de la tension grille-émetteur. Pour éviter cela, une résistance peut être connectée en parallèle entre les portes. De plus, dans les applications pratiques, afin d'éviter les pointes de haute tension dans le circuit de commande de porte, il est préférable de connecter deux diodes Zener inversées en série en parallèle entre les réseaux, la valeur de la régulation de la tension devant être identique à celle des bornes positive et négative. tensions de grille.
3 circuits de commande HCPL-316J
3.1 Structure interne et principe de fonctionnement de HCPL-316J
Si l’IGBT a un signal de surintensité (la broche 14 détecte la tension sur le collecteur IGBT = 7V) et que le signal de commande d’entrée continue à être appliqué à la broche 1, le signal de sous-tension est faible et la sortie B est faible, la troisième -level Darlington Le tube est éteint, 1 × DMOS est activé et la tension entre les portes IGBT est lentement réduite pour permettre une chute lente de la tension de la porte. Lorsque VOUT = 2V, c'est-à-dire que VOUT émet un niveau bas, le point C devient un niveau bas, le point B est un niveau haut, 50 × DMOS est activé et le réseau de portes IGBT est rapidement déchargé. Le signal sur la ligne de défaut passe à travers l'optocoupleur, puis à travers la bascule RS, et la sortie Q est haute, de sorte que l'optocoupleur d'entrée est bloqué. De la même manière, il est possible d'analyser la situation de sous-tension uniquement et la situation de sous-tension et de surintensité.
3.2 conception du circuit de commande
Les numéros VIN +, FAULT et RESET situés à gauche du HCPL-316J sont respectivement connectés au micro-ordinateur. R7, R8, R9, D5, D6 et C12 fournissent une protection d'entrée pour éviter qu'une tension d'entrée excessive n'endommage l'IGBT, mais le circuit de protection générera un retard d'environ 1 µs, ce qui ne convient pas pour une utilisation lorsque la fréquence de commutation dépasse 100 kHz. Q3 est la fonction de verrouillage la plus importante. Lorsque les deux signaux PWM (même bras de pont) sont au niveau haut, Q3 est activé, abaissant ainsi le niveau d'entrée, de sorte que la sortie soit également faible. Les signaux de verrouillage Interlock et Interlock2 de la figure 3 sont connectés à un autre 316J Interlock2 et Interlock1, respectivement. R1 et C2 jouent un rôle dans l’amplification et le filtrage du signal de défaut. Lorsqu'il y a un signal d'interférence, le micro-ordinateur peut correctement accepter les informations.
En sortie, R5 et C7 sont liés à la vitesse d'activation de l'IGBT et à la perte de commutation. L'augmentation de C7 peut réduire considérablement le dic / dt. Commencez par calculer la résistance de grille: où ION correspond au courant de grille injecté dans l’IGBT lorsqu’il est activé. Pour que l'IGBT s'allume rapidement, la valeur IONMAX est 20A. Niveau de sortie bas VOL = 2v.
C3 est un paramètre très important, le plus important étant le délai de charge. Lorsque le système démarre et que la puce commence à fonctionner, étant donné que la tension à la borne C du collecteur de l'IGBT est encore beaucoup plus grande que 7V, s'il n'y a pas de C3, le signal de défaut de court-circuit sera émis par erreur et la sortie sera directement désactivé. Lorsque la puce fonctionne normalement, si la tension du collecteur augmente instantanément, elle redevient immédiatement normale. S'il n'y a pas de C3, un signal d'erreur sera émis pour que l'IGBT s'éteigne par erreur. Cependant, si la valeur de C3 est trop grande, la réponse du système sera lente et, en cas de saturation, l'IGBT peut être grillé dans le délai imparti et l'effet de protection correct n'est pas obtenu. La valeur de C3 est 100pF et le délai est time
Dans le circuit de détection de collecteur, deux diodes sont connectées en série, ce qui peut améliorer la tension de résistance inversée globale, augmentant ainsi le niveau de tension d'attaque, mais le temps de récupération inversé de la diode est faible et chaque niveau de tension de résistance inversée est de 1000V. En général, BYV261E est sélectionné et le temps de récupération inverse est de 75 ns. Le rôle de R4 et de C5 est de préserver les caractéristiques d'arrêt progressif du HCLP-316J après un signal de surintensité. Le principe est que C5 réalise une coupure douce par la décharge du MOSFET interne. Sur la figure 3, la tension de sortie VOUT passe par deux sorties push-pull triodes rapides, capables de gérer le courant jusqu’à 20 A et pouvant alimenter rapidement des IGBT 1700v, 200-300A.
3.3 conception de l'alimentation
Dans la conception du variateur, une alimentation électrique stable est une garantie pour que l'IGBT fonctionne correctement. L’alimentation adopte une conversion directe, une forte capacité anti-parasitage, aucun filtre inducteur du côté secondaire et une impédance d’entrée faible, de sorte que la tension de sortie de l’alimentation reste stable sous des conditions de charge élevée.
Lorsque s est activé, une tension de + 12v (pour une alimentation relativement stable, de haute précision) est appliquée sur le côté primaire du transformateur et l'enroulement connecté à S, et le côté secondaire est redressé par couplage d'énergie. Lorsque S est désactivé, l’énergie du noyau est renvoyée à l’alimentation par la diode primaire et son enroulement connecté afin de réinitialiser le noyau du transformateur. Le temporisateur 555 est connecté à un multivibrateur. Le potentiel du pied 2 et du pied 6 est modifié entre 4 et 8 v en chargeant et en déchargeant C1, de sorte que le pied 3 délivre un signal de tension rectangulaire, et le signal en forme de carré sert à commander l'ouverture du S. Et fermer. + 12v charge C1 à travers R1 et D2, son temps de charge est t1≈R1C2ln2; temps de décharge t2 = R2C1ln2, il émet un niveau haut lors du chargement et un niveau bas lors de la décharge. Par conséquent, le rapport cyclique = t1 / (t1 + t2).
Le transformateur est conçu selon les paramètres suivants: le côté d'origine est connecté à + 12v, la fréquence est de 60 kHz et l'intensité d'induction magnétique de travail Bw est égale à O. 15T, côté secondaire + sortie 15A 2A, sortie -5V 1 A, rendement n = 80%, le facteur de remplissage de la fenêtre Km est O. 5. Le facteur de remplissage du noyau Kc est égal à 1 et la densité de courant d du fil de la bobine d est de 3 A / mm2. Puissance de sortie
PT = (15 + 0,6) × 2 × 2 + (5 + 0,6) × 1 × 2 = 64W.
Étant donné que la tension de sortie de l’alimentation de commande diminuera après le chargement, envisagez d’augmenter la fréquence et le facteur de marche pour stabiliser la tension de sortie dans les applications pratiques.
4. Conclusion
Ce document conçoit un circuit de commande capable de gérer un IGBT de 1400V, 200 ~ 300A. Le couplage des deux IGBT (même bras de pont) est réalisé sur le matériel, et une source d'alimentation motrice capable d'alimenter directement les deux IGBT est conçue.
Le HCPL-316J peut être divisé en deux parties: un CI d’entrée (à gauche) et un CI de sortie (à droite). L'entrée et la sortie peuvent pleinement répondre aux exigences de la commande IGBT haute tension et haute puissance.
La fonction de chaque broche est la suivante:
Broche 1 (VIN +) entrée de signal avant;
Entrée de signal inversé broche 2 (VIN-);
La broche 3 (VCG1) est connectée à l’alimentation d’entrée;
La masse de l'entrée de la broche 4 (GND);
Foot 5 (RESERT) entrée de réinitialisation de la puce;
Foot 6 (FAULT) défaut de sortie, en cas de défaut (sous-tension de la tension de sortie ou court-circuit IGBT), le signal de défaut est émis par l’optocoupleur;
Broche 7 (VLED1 +) Broche d'essai d'optocoupleur, suspension;
La broche 8 (VLED1-) est mise à la terre;
La broche 9 du pied 10 (VEE) fournit une tension de polarisation inverse à l’IGBT;
La broche 11 (VOUT) émet un signal d’entraînement pour l’IGBT;
Alimentation à collecteur de tubes Darlington à trois étages Foot 12 (VC);
La broche 13 (VCC2) commande la source de tension;
Broche 14 (DESAT) détection de courant de court-circuit IGBT;
Broche 15 (VLED2 +) Broche d'essai d'optocoupleur, suspension;
Le pied 16 (VE) génère une masse de référence.
Si VIN + est normalement entré, la broche 14 n’a pas de signal de surintensité et VCC2-VE = 12v signifie que la tension de commande directe de sortie est normale, que le signal de commande émet un niveau haut et que le signal de défaut et de sous-tension est faible. Premièrement, les trois signaux sont entrés dans JP3, D est bas, B est bas et 50 × DMOS est éteint. À ce stade, les quatre états de l’entrée de JP1 sont bas, haut, bas et bas du haut vers le bas, et le point haut A incite le tube à trois étages de Darlington à être allumé, et l’IGBT est également activé. allumé.