IGBT įjungiamas pridedant teigiamą įtampą vartams (dažniausiai V G(įjungta) = +15 V), tipinė išjungimo įtampos vertė yra intervale V G(off) = -5...-15 V. Esant tam tikroms vertėms V G (įjungta) / V G (išjungta) jungiklio dinamines charakteristikas galima nustatyti vartų grandinėje įtaisytais rezistoriais ir ribojančiais jos srovę I G (žr. 1, 2 pav.).

Ryžiai. 1.

Ryžiai. 2. A, B – įjungimo/išjungimo srovės ribojimas naudojant rezistorius R G(on), R G(off), B – įtampa V GE ir vartų srovę I G

Pasirinkę R G(on)/R G(off) reitingus, galite keisti perjungimo laiką, dinaminių nuostolių ir perjungimo viršįtampių lygį, taip pat daugybę kitų parametrų, įskaitant elektromagnetinių trukdžių spektro sudėtį. Taigi vartų pavaros varžos parinkimas yra vienas iš svarbiausių projektavimo žingsnių, reikalaujantis didžiausio dėmesio.

Vartų talpų reikšmės priklauso nuo kolektoriaus-emiterio įtampos V CE IGBT, todėl keičiasi jos perjungimo metu. Atitinkami Cies, Coes, Cres ir V CE grafikai pateikti galios modulių techninėse specifikacijose. Valdymo grandinės varža, ribojanti vartų srovės I G didžiausią vertę įjungimo ir išjungimo momentais, lemia įvesties kondensatorių įkrovimo laiką. 2a ir 2b paveiksluose parodytos srovės srauto grandinės, kai naudojami atskiri rezistoriai įjungimo ir išjungimo linijose R G (įjungta) / R G (išjungta), vartų srovės I G forma, kai taikomas valdymo impulsas V GE, parodyta 2c paveiksle.

Mažėjant R G(on)/R G(off) reikšmėms, mažėja įkrovimo grandinės laiko konstanta, atitinkamai mažėja perjungimo laikas t R /t F ir dinaminių nuostolių lygis E SW. Nepaisant teigiamo galios išsklaidymo mažinimo efekto, padidėjus srovės mažėjimo greičiui pavojingai padidėja perjungimo viršįtampis V klaidinantis lygis, kurį sukelia nuolatinės srovės grandinės galios magistralių paskirstytasis induktyvumas L S: V stry = L S × di/dt.

Šio efekto vizualinis vaizdas pateiktas 3 paveiksle pateiktose diagramose.

Ryžiai. 3. Perjungimo viršįtampio padidėjimas V krypčiai didėjant di/dt

Tamsintas grafikų plotas, kuris yra kolektoriaus srovės I C ir įtampos V CE sandauga išjungimo metu, parodo nuostolių energiją E off .

Jei nuolatinės srovės magistralės konstrukcija nesėkminga, o L S reikšmė yra didelė, įtampos viršįtampis V gali sugadinti maitinimo jungiklį. Procesas tampa ypač pavojingas IGBT išjungimo režimu trumpojo jungimo (trumpojo jungimo) metu, kai di/dt reikšmė yra maksimali. V klaidos lygį galima sumažinti pasirinkus didesnę R Goff rezistoriaus reikšmę (15 omų vietoj 10 omų, kaip parodyta paveikslėlyje). Štai kodėl kai kurios IGBT tvarkyklės (pavyzdžiui, SKYPER 32PRO) įdiegia minkšto SSD išjungimo režimą (Soft Shut Down), kai IGBT užrakinamas per atskirą didelės vertės rezistorių R G (išjungta). Natūrali kaina už tai yra energijos nuostolių padidėjimas, todėl naudojant šiuolaikinius IGBT tipus ir teisingą nuolatinės srovės magistralės topologiją, SSD režimo naudoti nerekomenduojama.

Taip pat reikėtų pažymėti, kad didėjantis perjungimo greitis, dėl kurio padidėja di/dt ir dv/dt, taip pat padidėja keitiklio skleidžiamų elektromagnetinių trukdžių (EMI) lygis. 1 lentelėje parodyta, kaip vartų rezistoriaus vertės keitimas paveikia pagrindines IGBT dinamines charakteristikas.

1 lentelė. Vartų rezistoriaus įtaka IGBT dinaminėms savybėms

SEMIKRON neseniai pristatė ketvirtos kartos modulius, pagrįstus IGBT Trench 4 kristalais ir greitaisiais CAL 4 diodais. Vienas iš pagrindinių naujų modulių privalumų yra beveik 30% sumažintas srovės di/dt kitimo greitis esant mažesnei (apie 20%) nuostolių energijos vertei. Dėl šios priežasties naujų raktų naudojimas leidžia ne tik padidinti konversijos efektyvumą, bet ir pagerinti elektromagnetinį suderinamumą bei sumažinti gedimo riziką avarinėse situacijose.

Dėžutinio IGBT diodo dinaminės charakteristikos taip pat priklauso nuo vartų rezistoriaus vertės ir daugiausia lemia jo mažiausią vertę. Tranzistoriaus įjungimo greitis neturi viršyti atvirkštinio diodo atkūrimo greičio: sumažėjus R G vertei ir atitinkamai padidėjus diC/dt, ne tik padidėja viršįtampio lygis, kai IGBT išjungiamas. , bet taip pat sukuria dinaminį įtempį diodui.

Savo moduliuose SEMIKRON naudoja greituosius diodus, pagamintus naudojant savo CAL (Controlled Axial Lifetime) technologiją, kuri leidžia keisti nešėjų tarnavimo laiką. Pagrindinis jų skirtumas yra sklandžiai dirr/dt atvirkštinio atkūrimo charakteristika ir dinaminės charakteristikos, optimaliai suderintos su IGBT. Tai padeda sumažinti dinaminių nuostolių ir EMI lygį, taip pat sumažinti viršįtampių dydį išjungimo metu.

Vartų rezistoriaus pasirinkimas

Paprastai tvarkyklių išėjimo pakopa yra sudaryta pagal „push-pull“ grandinę su padalintu išėjimu, kaip parodyta 1 pav. Abiejų MOSFET tranzistorių įėjimai valdomi vienu loginiu signalu: kai jis aukštas, N -kanalo jungiklis atsidaro, o kai lygis žemas, atsidaro P kanalo jungiklis. Padalintos išvesties naudojimas leidžia generuoti asimetrinę valdymo įtampą V GE ir nepriklausomai pasirinkti rezistorių R G reikšmes įjungimo ir išjungimo režimams.

Vartų valdymo grandinės optimizavimas apima R G (įjungta) / R G (išjungta) įvertinimų pasirinkimą (esant nurodytai V GE vertei), kurie užtikrina minimalų dinaminių nuostolių lygį, pavojingų svyravimų nebuvimą perjungimo metu, mažą bokserio atbulinės eigos srovę. diodas ir žemas perjungimo viršįtampių lygis. Optimumo paieškas apsunkina tai, kad kai kurie nurodyti parametrai prieštarauja vienas kitam (žr. 1 lentelę).

Paprastai, norint valdyti didesnį IGBT, reikalingas mažesnis vartų rezistorius ir atvirkščiai. Tuo pačiu metu techninėse specifikacijose nurodyta R G reikšmė (R Gref) kaip nuoroda (R Gref) ne visada užtikrina geriausią minėtų savybių balansą. Optimali rezistoriaus vertė daugeliui specifinių pritaikymų yra diapazone R Gref ...2 × R Gref. Paprastai R Gref reikšmė taip pat yra mažiausia rekomenduojama vertė, užtikrinanti saugų didžiausios leistinos IGBT (ICM) impulsinės srovės išjungimą. Prisiminkite, kad saugi veikimo sritis (OSA arba SOA) yra normalizuota ICM arba dvigubai didesnei vardinei kolektoriaus srovei ICM = 2 × I C.

Daugumoje praktinių grandinių būtent varža 2 × R Gref užtikrina reikiamą pusiausvyrą ir nuo jos prasideda dinaminių charakteristikų optimizavimo procesas. Vartų rezistoriaus vertę galima sumažinti tik tol, kol didėjantis srovės perjungimo greitis di/dt nesukelia pavojingų viršįtampių. Taip pat reikia atsiminti, kad sumažinus vartų pavaros grandinės varžą, padidėja vairuotojo srovės apkrova ir padidėja galios išsklaidymas.

Teisingas R G pasirinkimas projektavimo metu turi būti patvirtintas baigtos konstrukcijos bandymais, įskaitant šiluminių sąlygų analizę ir V iškrypimo vertės matavimą visomis eksploatavimo sąlygomis iki trumpojo jungimo. Būtent tokią metodiką naudoja SEMIKRON projektavimo centras Prancūzijoje, per 35 metus parengęs daugiau nei 12 000 projektų įvairiems įrenginiams, kurių galia svyruoja nuo dešimčių kW iki MW vienetų.

Renkantis vartų varžą, reikia atsižvelgti į tai, kad tekant įkrovimo/iškrovimo srovėms ant jo gali išsisklaidyti didelė galia. Rekomenduojama pasirinkti rezistorius, kurių TCR temperatūros koeficientas yra žemas, o verčių diapazonas neviršija 1%. Daugeliu atvejų geras sprendimas yra tam tikro skaičiaus SMD rezistorių (MELF, MINI-MELF) lygiagretus sujungimas. Tai užtikrina didelį atsparumą impulsinėms perkrovoms, gerą šilumos paskirstymą ir grandinės nejautrumą vienos iš varžų gedimui.

Klaida renkantis R G gali sukelti itin nepageidaujamų pasekmių, todėl būtina išanalizuoti vartų valdymo grandinės įtaką visiems keitiklio darbo režimams. Pavyzdžiui, padidinus R G reitingą, kuris leidžia sumažinti perjungimo emisijų lygį, neišvengiamai padidės dinaminiai nuostoliai ir maitinimo jungiklio perkaitimas. Galima nepagrįstai didelio vartų rezistoriaus naudojimo pasekmė gali būti IGBT perėjimas į linijinį režimą ir virpesių atsiradimas vartų grandinėje. Savo ruožtu, kaip jau minėta, per mažo R G naudojimo rezultatas yra įtampos šuolių padidėjimas perjungimo metu ir EMI lygio padidėjimas.

Projektuotojas turi žinoti, kad vartų pavaros grandinės optimizavimas negali kompensuoti neigiamo poveikio, kurį sukelia bloga nuolatinės srovės magistralės konstrukcija, nesuteikianti mažos paskirstytojo induktyvumo L S vertės. Šiuo atveju perjungimo viršįtampių lygis gali būti pavojingas net ir vardinėmis eksploatavimo sąlygomis, todėl L S vertės sumažinimas yra pirmasis ir pagrindinis nuolatinės srovės jungties kūrimo uždavinys. Tik tada, kai ši problema bus išspręsta, galime galvoti apie R G optimizavimą ir patartina naudoti SSD minkšto išjungimo režimą.

Šiuo metu MOSFET ir IGBT tranzistoriai daugiausia naudojami kaip didelės ir vidutinės galios galios jungikliai. Jei laikysime šiuos tranzistorius jų valdymo grandinės apkrova, tai yra kondensatoriai, kurių talpa yra tūkstančiai pikofaradų. Norint atidaryti tranzistorių, ši talpa turi būti įkrauta, o uždarant - iškrauti, ir kuo greičiau. Tai reikia padaryti ne tik tam, kad jūsų tranzistorius turėtų laiko veikti aukštais dažniais. Kuo didesnė tranzistoriaus vartų įtampa, tuo mažesnė MOSFET kanalo varža arba mažesnė IGBT tranzistorių kolektoriaus-emiterio soties įtampa. Tranzistorių atidarymo slenkstinė įtampa paprastai yra 2–4 ​​voltai, o maksimali, kai tranzistorius yra visiškai atidarytas, yra 10–15 voltų. Todėl reikia naudoti 10-15 voltų įtampą. Bet net ir šiuo atveju vartų talpa nėra įkraunama iš karto ir kurį laiką tranzistorius veikia netiesinėje jo charakteristikos dalyje su dideliu kanalo pasipriešinimu, dėl kurio tranzistorius smarkiai krenta ir per daug įkaista. Tai yra vadinamasis Millerio efekto pasireiškimas.

Kad vartų talpa greitai įkrautų ir tranzistorius atsidarytų, būtina, kad jūsų valdymo grandinė galėtų tiekti tranzistoriui kuo daugiau įkrovimo srovės. Tranzistoriaus vartų talpą galima sužinoti iš gaminio paso duomenų, o skaičiuodami turėtumėte paimti Cvx = Ciss.

Pavyzdžiui, paimkime MOSFET tranzistorių IRF740. Jis turi šias mus dominančias savybes:

Atidarymo laikas (kilimo laikas – Tr) = 27 (ns)

Uždarymo laikas (rudenimo laikas – Tf) = 24 (ns)

Įvesties talpa – Ciss = 1400 (pF)

Didžiausią tranzistoriaus atidarymo srovę apskaičiuojame taip:

Tuo pačiu principu nustatome maksimalią tranzistoriaus uždarymo srovę:

Kadangi valdymo grandinės maitinimui paprastai naudojame 12 voltų, srovę ribojantį rezistorių nustatysime pagal Ohmo dėsnį.

Tai yra, rezistorius Rg = 20 Ohm, pagal standartinę E24 seriją.

Atkreipkite dėmesį, kad tokio tranzistoriaus tiesiogiai valdyti iš valdiklio neįmanoma, pristatysiu, kad maksimali įtampa, kurią valdiklis gali teikti, bus 5 voltų ribose, o maksimali srovė - 50 mA. Valdiklio išėjimas bus perkrautas, o tranzistorius parodys Millerio efektą, o jūsų grandinė labai greitai suges, nes kas nors, valdiklis arba tranzistorius, pirmiausia perkais.
Todėl būtina pasirinkti tinkamą vairuotoją.
Vairuotojas yra impulsinis galios stiprintuvas ir skirtas maitinimo jungikliams valdyti. Tvarkyklės gali būti viršutinis ir apatinis klavišai atskirai arba sujungti į vieną korpusą į viršutinį ir apatinį raktų tvarkyklę, pavyzdžiui, IR2110 arba IR2113.
Remiantis aukščiau pateikta informacija, turime pasirinkti tvarkyklę, galinčią palaikyti tranzistoriaus vartų srovę Ig = 622 mA.
Taigi, mes naudosime IR2011 tvarkyklę, galinčią palaikyti vartų srovę Ig = 1000 mA.

Taip pat būtina atsižvelgti į maksimalią apkrovos įtampą, kurią perjungs jungikliai. Šiuo atveju jis yra lygus 200 voltų.
Kitas labai svarbus parametras yra užrakinimo greitis. Tai pašalina srovių srautą stumiamosiose grandinėse, parodytose žemiau esančiame paveikslėlyje, dėl ko atsiranda nuostolių ir perkaitimo.

Jei atidžiai perskaitėte straipsnio pradžią, tada pagal tranzistoriaus paso duomenis matote, kad uždarymo laikas turėtų būti trumpesnis nei atidarymo laikas ir atitinkamai išjungimo srovė turėtų būti didesnė už atidarymo srovę. > Ir. Galima užtikrinti didesnę uždarymo srovę sumažinus varžą Rg, bet tada padidės ir atidarymo srovė, tai turės įtakos perjungimo įtampos viršįtampio dydžiui išjungiant, priklausomai nuo srovės mažėjimo greičio di/dt. Šiuo požiūriu perjungimo greičio padidėjimas iš esmės yra neigiamas veiksnys, mažinantis įrenginio patikimumą.

Tokiu atveju pasinaudosime nepaprasta puslaidininkių savybe perduoti srovę viena kryptimi, o vartų grandinėje sumontuosime diodą, kuris praleis tranzistoriaus If išjungimo srovę.

Taigi vartų srovė Ir tekės per rezistorių R1, o vartų srovė If – per diodą VD1, o kadangi diodo p–n sandūros varža yra daug mažesnė už rezistoriaus R1 varžą, tai If>Ir. . Norėdami užtikrinti, kad išjungimo srovė neviršytų jos vertės, mes nuosekliai sujungiame rezistorių su diodu, kurio varža bus nustatyta neatsižvelgiant į diodo varžą atviroje būsenoje.

Paimkime artimiausią mažesnę iš standartinės serijos E24 R2=16 Ohm.

Dabar pažiūrėkime, ką reiškia viršutinio ir apatinio klavišo tvarkyklės pavadinimas.
Yra žinoma, kad MOSFET ir IGBT tranzistoriai yra valdomi įtampa, būtent vartų šaltinio įtampa (Gate-Source) Ugs.
Kokie yra viršutiniai ir apatiniai klavišai? Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta pusiau tilto schema. Šioje grandinėje yra atitinkamai viršutinis ir apatinis klavišai VT1 ir VT2. Viršutinis jungiklis VT1 per kanalizaciją yra prijungtas prie teigiamo maitinimo Vcc, o šaltinis - su apkrova ir turi būti atidarytas naudojant įtampą šaltinio atžvilgiu. Apatinis klavišas, kanalizacija yra prijungta prie apkrovos, o šaltinis yra prijungtas prie maitinimo šaltinio neigiamo (žemės) ir turi būti atidarytas naudojant įtampą, susijusią su žeme.

Ir jei viskas labai aišku su apatiniu raktu, įjunkite 12 voltų - jis atsidaro, įjunkite 0 voltų - jis užsidaro, tada viršutiniam klavišui reikia specialios grandinės, kuri ją atidarys šaltinio įtampos atžvilgiu. iš tranzistoriaus. Ši schema jau įdiegta vairuotojo viduje. Viskas, ko mums reikia, yra pridėti padidinimo talpą C2 prie tvarkyklės, kuri bus įkraunama tvarkyklės maitinimo įtampa, bet atsižvelgiant į tranzistoriaus šaltinį, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Būtent su tokia įtampa viršutinis raktas bus atrakintas.

Ši grandinė yra gana veiksminga, tačiau naudojant stiprintuvo talpą, ji gali veikti siauruose diapazonuose. Ši talpa įkraunama, kai apatinis tranzistorius yra atidarytas ir negali būti per didelė, jei grandinė turi veikti aukštais dažniais, taip pat negali būti per maža dirbant žemais dažniais. Tai reiškia, kad naudojant šią konstrukciją viršutinio jungiklio negalime laikyti atviro neribotą laiką; jis užsidarys iškart po to, kai kondensatorius C2 išsikraus, tačiau jei naudosime didesnę talpą, jis gali nespėti įkrauti iki kito tranzistoriaus veikimo laikotarpio. .
Su šia problema susidūrėme ne kartą ir labai dažnai teko eksperimentuoti su stiprintuvo talpos parinkimu keičiant perjungimo dažnį ar grandinės veikimo algoritmą. Problema buvo išspręsta laikui bėgant ir labai paprastai, patikimiausiu ir „beveik“ pigiausiu būdu. Studijuodami DMC1500 techninę informaciją, susidomėjome P8 jungties paskirtimi.

Atidžiai perskaičius vadovą ir nuodugniai supratus visos pavaros grandinę, paaiškėjo, kad tai jungtis atskiram, galvaniškai izoliuotam maitinimo šaltiniui prijungti. Maitinimo šaltinio minusą jungiame prie viršutinio jungiklio šaltinio, o pliusą - prie Vb tvarkyklės įvesties ir teigiamos stiprintuvo talpos kojos. Taigi, kondensatorius nuolat įkraunamas, todėl viršutinį klavišą galima laikyti atidarytą tiek laiko, kiek reikia, nepriklausomai nuo apatinio klavišo būsenos. Šis schemos papildymas leidžia įgyvendinti bet kokį klavišų perjungimo algoritmą.
Kaip maitinimo šaltinį stiprintuvo talpai įkrauti galite naudoti įprastą transformatorių su lygintuvu ir filtru arba DC-DC keitiklį.

Paskelbta 2014-05-15

Maitinimo sekcijos projektavimas dažniausiai prasideda nuo klavišų pasirinkimo. Tam tinkamiausi lauko tranzistoriai yra MOSFET. Galios tranzistorių pasirinkimas atliekamas remiantis duomenimis apie maksimalią galimą variklio maitinimo tinklo srovę ir įtampą.

Galios tranzistorių pasirinkimas

Tranzistoriai turi atlaikyti darbo srovę su tam tikra atsarga. Todėl pasirenkami lauko tranzistoriai, kurių darbinė srovė yra 1,2-2 kartus didesnė už maksimalią variklio srovę. Lauko tranzistorių charakteristikos gali nurodyti keletą skirtingų režimų srovės verčių. Kartais jie nurodo srovę, kurią kristalas gali atlaikyti Id (Silicon Limited)(ji yra didesnė), o srovę riboja tranzistoriaus korpuso galimybės ID (ribotas paketas)(jis mažesnis). Pavyzdžiui:

Be to, rodoma impulso režimo srovė ( Impulsinė nutekėjimo srovė), kuri yra žymiai didesnė (kelis kartus) nei didžiausia galima nuolatinė srovė.

Būtina pasirinkti nuolatinės srovės tranzistorius ir nekreipti dėmesio į impulso režimo parametrus. Renkantis tranzistorių, atsižvelgiama tik į nuolatinės srovės vertę. Šiuo atveju - 195A.

Jei neįmanoma pasirinkti tranzistoriaus su reikiama darbo srove, lygiagrečiai prijungiami keli tranzistoriai.

Tokiu atveju būtinai naudokite diagramoje nurodytus rezistorius. Jų nominali vertė yra omų vienetai, tačiau jų dėka lygiagrečiai sujungti tranzistoriai atsidaro vienu metu. Jei šie rezistoriai neįdiegti, gali susidaryti situacija, kai atsidaro vienas iš tranzistorių, bet likusieji dar neatsidaro. Per šį trumpą laiką visa galia patenka į vieną tranzistorių ir jį išjungia. Šių rezistorių vertės nustatymas aptariamas toliau. Du lygiagrečiai sujungti tranzistoriai gali atlaikyti dvigubai didesnę srovę. 3-3 kartus daugiau. Tačiau neturėtumėte tuo piktnaudžiauti ir kurti jungiklius iš daugybės mažų tranzistorių.

Lauko tranzistorių pasirinkimas pagal įtampą taip pat atliekamas su mažiausiai 1,3 karto skirtumu. Tai daroma siekiant išvengti tranzistorių gedimų dėl įtampos šuolių perjungimo metu.

Be minėtų parametrų, reikėtų pasiteirauti apie maksimalią tranzistoriaus darbinę temperatūrą ir ar jis atlaikys reikiamą srovę esant tokiai temperatūrai. Viena iš svarbiausių charakteristikų yra atviro tranzistoriaus varža. Jo vertės gali siekti kelis milijonus omų. Iš pirmo žvilgsnio jis labai mažas, tačiau esant didelėms srovėms ant jo susidarys nemaži šilumos kiekiai, kuriuos teks pašalinti. Galia, kuri šildys tranzistorių atviroje būsenoje, apskaičiuojama pagal formulę:

P=Rds*Id^2

Kur:
Rds– atvira tranzistoriaus varža;
ID– srovė, kuri teka per tranzistorių.

Na, tai tranzistorius irfp4468pbf Jei atskaita yra 2,6 mOhm, tada, kai perdavimo valanda yra 195 A, bus matoma 98,865 vatų šilumos. Trifazių tilto grandinių atveju bet kuriuo metu atidaromi tik du raktai. Taigi ant dviejų uždarų tranzistorių bus matomas vienodas šilumos kiekis (kiekvienas 98,865 W, bendras – 197,73 W). Visos smarvės veikia ne visą valandą, o po kurio laiko - poromis, tada odinė raktų pora veikia 1/3 valandos. Teisinga sakyti, kad ant visų klavišų šiluma bus 197,73 W šilumos, o ant klavišų odos (98,865 / 3 = 32,955 W). Tai užtikrina nuolatinį tranzistorių aušinimą.

Taigi, jei tranzistorius irfp4468pbf turi 2,6 mOhm varžą, tada esant 195 A srovei jis generuos 98,865 vatų šilumos. Trifazės tilto grandinės atveju bet kuriuo metu yra atidaryti tik du jungikliai. Tai yra, du atviri tranzistoriai generuos tiek pat šilumos (kiekvienas 98,865 W, iš viso 197,73 W). Bet jie veikia ne visą laiką, o savo ruožtu - poromis, tai yra, kiekviena raktų pora veikia 1/3 laiko. Taigi teisinga teigti, kad apskritai ant visų klavišų ir ant kiekvieno klavišo bus generuojama 197,73 W šilumos (98,865 / 3 = 32,955 W). Turi būti užtikrintas tinkamas tranzistorių aušinimas.

Bet yra vienas „bet“

Apytiksliai apskaičiavome šilumos nuostolius, kurie atsiranda tuo laikotarpiu, kai raktai yra visiškai atidaryti. Tačiau nereikia pamiršti, kad klavišams būdingi tokie reiškiniai kaip pereinamieji procesai. Būtent perjungimo momentu, kai jungiklio varža pasikeičia praktiškai nuo nulio iki beveik begalybės ir atvirkščiai, susidaro didžiausias šilumos generavimas, kuris yra žymiai didesnis nei nuostoliai, atsirandantys esant atviriems jungikliams.

Aišku, kad galime įkelti 0,55 omo. Įtampa yra 100 V. Kai jungikliai yra atidaryti, išėjimo įtampa yra 100/0,55 = 181 A. Tranzistorius išsijungia ir šiuo metu jo kontaktas nukrenta iki 1 Ohm. Vieną valandą po kitos debitas yra 100/(1+0,55)=64,5A Ar pamenate šilumos įtempio skaičiavimo formulę? Pasirodo, tai labai trumpa tranzistoriaus šilumos suvartojimo valanda (1+0,55)*(64,5^2) = 6448 W. Kas yra žymiai žemesnė, kai raktas atrakintas. Jei tranzistorius pasiekia 100 omų, jis sunaudos 99,45 W. Jei tranzistorius padidės iki 1 KOhm, suvartojimas bus 9,98 W. Jei tranzistorius padidės iki 10 KOhm, suvartojimas bus 0,99 W.

Įsivaizduokime, kad turime 0,55 omo apkrovą. Maitinimo įtampa 100V. Visiškai atidarius jungiklius, gauname 100 / 0,55 = 181 A srovę. Tranzistorius užsidaro ir tam tikru momentu jo varža pasiekia 1 omą. Šiuo metu per jį teka 100 / (1 + 0,55) = 64,5 A srovė. Prisiminkite formulę, pagal kurią apskaičiuojama šiluminė galia? Pasirodo, kad šiuo labai trumpu momentu tranzistoriaus šilumos nuostoliai yra (1 + 0,55) * (64,5 ^ 2) = 6448 W. Tai žymiai daugiau nei naudojant viešąjį raktą. Kai tranzistoriaus varža padidės iki 100 omų, nuostoliai bus 99,45 W. Kai tranzistoriaus varža padidės iki 1 kOhm, nuostoliai bus 9,98 W. Kai tranzistoriaus varža padidės iki 10 kOhm, nuostoliai bus 0,99 W.

Jei sukursite labai galingą aušinimo sistemą, tranzistorius generuos daugiau šilumos, nei jis gali fiziškai pašalinti iš savęs (žr. Maksimalus galios išsklaidymas), jis sudegs.

Taigi, nesunku suprasti, kad kuo greičiau persijungia klavišai, tuo mažesni šilumos nuostoliai, o klavišų temperatūra žemesnė.

Jungiklių perjungimo greitį įtakoja: lauko tranzistoriaus vartų talpa, vartų grandinės rezistoriaus reikšmė ir jungiklio tvarkyklės galia. Kaip efektyviai veiks klavišai, priklauso nuo teisingo šių elementų pasirinkimo.

Kartais žmonės tiki, kad padidinti reguliatoriaus galią gali tik pakeitę klavišus į galingesnius. Tai nėra visiškai tiesa. Galingesni tranzistoriai turi didesnę vartų talpą, o tai padidina tranzistoriaus atidarymo laiką, o tai turi įtakos jų temperatūrai. Taip atsitinka retai, bet turėjau atvejį, kai paprasčiausiai pakeitus tranzistorius galingesniais, padidėjo jų temperatūra dėl to, kad pailgėjo jų perjungimo laikas. Taigi, galingesniems tranzistoriams reikia galingesnių tvarkyklių.

MOSFET raktų tvarkyklės

Kas yra pagrindinis variklis ir kodėl jis reikalingas? Kam mums iš viso reikalingi vairuotojai? Galite įjungti lauko tranzistorius, kaip parodyta diagramoje:

Taip, šiuo atveju bipoliniai tranzistoriai veikia kaip vairuotojai. Tai taip pat priimtina. Taip pat yra grandinių, kur tranzistoriai su P kanalu naudojami kaip viršutiniai jungikliai, o su N kanalu - kaip apatiniai. Tai yra, naudojami dviejų tipų tranzistoriai, o tai ne visada patogu. Be to, didelės galios P ​​kanalo tranzistorių beveik neįmanoma rasti. Paprastai šis tranzistorių su skirtingais kanalais derinys naudojamas mažos galios valdikliuose, siekiant supaprastinti grandinę.

Daug patogiau naudoti to paties tipo tranzistorius, dažniausiai tik N kanalus, tačiau tam reikia laikytis kai kurių viršutinių tilto tranzistorių valdymo reikalavimų. Tranzistorių vartų įtampa turi būti taikoma jų šaltinių atžvilgiu (Source). Apatinio jungiklio atveju klausimų nekyla, jo posūkis (Source) yra prijungtas prie žemės ir galime saugiai vesti įtampą apatinio tranzistoriaus vartams žemės atžvilgiu. Viršutinio tranzistoriaus atveju viskas yra šiek tiek sudėtingesnė, nes jo šaltinio (Šaltinio) įtampa keičiasi žemės atžvilgiu.

Paaiškins. Įsivaizduokime, kad viršutinis tranzistorius yra atviras ir per jį teka srovė. Šioje būsenoje tranzistorius nukrenta gana maža įtampa ir galime pasakyti, kad įtampa viršutinio tranzistoriaus šaltinio šaltinyje yra beveik lygi variklio maitinimo įtampai. Beje, norint, kad viršutinis tranzistorius būtų atidarytas, jo vartams reikia įjungti įtampą, jo šaltinio (Šaltinio) įtampa yra didesnė, tai yra, variklio maitinimo įtampa yra didesnė.

Jei viršutinis tranzistorius uždarytas, o apatinis - atviras, tada viršutinio tranzistoriaus šaltinyje (Šaltiniame) įtampa pasiekia beveik nulį.

Viršutinė jungiklio tvarkyklė tiekia lauko tranzistoriaus užtvarą reikiama įtampa, palyginti su jo šaltiniais (Šaltinis), ir užtikrina didesnės nei variklio maitinimo įtampą generavimą tranzistoriui valdyti. Tai ir ne tik tai daro MOSFET jungiklių tvarkyklės.

Vairuotojo pasirinkimas ir įvairovė

Vairuotojų įvairovė yra gana didelė. Mus domina tvarkyklės, turinčios du viršutinio ir apatinio klavišų įėjimus (viršutinio ir apatinio klavišų tvarkyklės). Pavyzdžiui: IR2101, IR2010, IR2106, IR21064, IR2181, IR2110, IR2113 tt Reikia atkreipti dėmesį į parametrą Vgs jūsų tranzistoriai. Dauguma tvarkyklių yra skirtos Vgs = 20V. Jeigu Vgs tranzistorių, pvz., tvarkyklių išėjimo įtampa yra mažesnė Vgs tranzistorius = 5V, tada tvarkyklės, kurių išėjimo įtampa yra 20V, sugadins tokius tranzistorius.

Dauguma tvarkyklių yra maitinami 10-20V įtampa ir palaiko įvairaus lygio įvesties signalus -3,3V, 5V, 15V.

Yra trifazių tilto grandinių tvarkyklės, pavyzdžiui:
ir IR2136, IRS2330, IRS2330D, IRS2332, IRS2332D, IR2233, IR2235, IR2238Q, IRS26302DJ.
Tokios pagrindinės tvarkyklės gali būti tinkamiausias pasirinkimas. Be to, kai kurios trifazės tvarkyklės turi papildomą funkciją, apsaugančią jungiklius nuo per didelės srovės ir pan. Gan įdomi vairuotojų serija IRS233x(D). Jis siūlo platų apsaugos priemonių spektrą, įskaitant apsaugą nuo viršįtampių, trumpojo jungimo, apsaugą nuo perkrovos, apsaugą nuo magistralės žemos įtampos, apsaugą nuo galios žemos įtampos ir apsaugą nuo kryžminimo.

Vienas iš svarbiausių vairuotojų rodiklių yra maksimali išėjimo srovė. Paprastai nuo 200 mA iki 4000 mA. Gali atrodyti, kad 4 amperai yra per daug. Bet viską nusprendžia skaičiuotuvas. Kaip minėta aukščiau, klavišų perjungimo greitis yra labai svarbus dalykas. Kuo galingesnis vairuotojas, tuo mažiau laiko praleidžiama perjungiant raktus. Galite apytiksliai apskaičiuoti rakto perjungimo laiką naudodami formulę:

tona = Qg*(Rh+R+Rg)/U

Kur:
Qg– pilnas lauko tranzistoriaus vartų įkrovimas;
Rh– vidinis vairuotojo pasipriešinimas. Jis apskaičiuojamas kaip U/Imax, kur U yra tvarkyklės maitinimo įtampa, Imax yra didžiausia išėjimo srovė. Atkreipkite dėmesį, kad viršutinio ir apatinio tranzistoriaus maksimali išėjimo srovė gali skirtis;
R– rezistoriaus varža vartų grandinėje;
Rg– tranzistoriaus vidinė vartų varža;
U– vairuotojo maitinimo įtampa.

Pavyzdžiui, jei mes naudojame tranzistorių irfp4468pbf ir vairuotojas IR2101 kurių didžiausia srovė yra 200 mA. O vartų grandinėje yra 20 omų rezistorius, tada tranzistoriaus perjungimo laikas yra:

540*(12/0,2 + 20 + 0,8)/12 = 3636 nS

Vairuotojo pakeitimas į IR2010, kai didžiausia srovė yra 3A, o rezistorius vartų grandinėje yra 2 omai, gauname tokį perjungimo laiką:

540*(12/3+2+0,8)/12 = 306 nS

Tai reiškia, kad naudojant naują tvarkyklę, perjungimo laikas sutrumpėjo daugiau nei 10 kartų. Taigi tranzistorių šiluminiai nuostoliai žymiai sumažės.

Vartų grandinės rezistorių skaičiavimas

Sau sukūriau tokią taisyklę: lauko tranzistoriaus vartų grandinėje rezistoriaus varža turi būti ne mažesnė už vidinę tvarkyklės varžą, padalytą iš 3. Pavyzdžiui, vairuotojas IR2101 Maitinamas 12V įtampa, maksimali srovė – 0,25A. Jo vidinė varža: 12V / 0,25 = 48Ohm. Tokiu atveju lauko tranzistoriaus vartų grandinėje rezistorius turi būti didesnis nei 48/3 = 16 omų. Jei tranzistorių perjungimo laikas su pasirinktais rezistoriais netenkina, reikėtų rinktis galingesnę tvarkyklę.

Šios technikos negaliu pavadinti idealia, bet ji buvo išbandyta praktiškai. Jei kas nors galėtų paaiškinti šį klausimą, būčiau dėkingas.

Kartais į tranzistoriaus vartų grandinę pridedamas diodas su rezistoriumi arba be jo.

Kadangi daugeliu atvejų galios tranzistoriai veikia su indukcinėmis apkrovomis, reikia naudoti apsauginius diodus. Jei jų nėra, tada, kai tranzistorius yra išjungtas dėl pereinamųjų procesų, ant induktyvumo (variklio apvijų) atsiras viršįtampis, kuris daugeliu atvejų prasiskverbia pro tranzistorių ir jį išjungia.

Daugelis galios tranzistorių jau turi vidinius apsaugos diodus ir nereikia naudoti išorinių diodų. Tačiau nepamirškite tai patikrinti tranzistoriaus dokumentacijoje.

Miręs laikas

Trifazio bešepetėlio variklio valdiklio maitinimo jungiklių būsenos keitimas atliekamas tokia seka:

• išjunkite raktą, kurį reikia išjungti;
• laukiame kurį laiką (Dead-Time), kol užsidarys tranzistorius (anksčiau apskaičiavome apytikslį tranzistoriaus perjungimo laiką) ir pereinamųjų procesų, susijusių su perjungimu, pabaiga;
• įjunkite raktą, kurį reikia įjungti.

Visos viršutinės ir apatinės jungiklių tvarkyklės turi uždelsimą tarp išėjimo signalų, kad abu tranzistoriai neatsidarytų vienu metu (žr.:). Tačiau šis delsimas per trumpas. Kai kurios viršutinės ir apatinės raktų tvarkyklės turi realią Miręs laikas. Bet mūsų atveju tai visiškai nepadės, nes jei prisiminsime, kaip perjungiami klavišai (žr.: ), tada pamatysime, kad niekada nebūna situacijos, kai vienos rankos klavišai pasikeistų būsenos. Taigi, tvarkyk Miręs laikas būtinas mikrovaldiklis. Vienintelė išimtis gali būti, jei naudojate specialią trifazę tvarkyklę, kuri valdo visus šešis klavišus ir turi tikrąjį Miręs laikas.

Srovės jutikliai

Tradiciškai šuntas naudojamas kaip srovės jutiklis. Žinodami jo varžą, išmatuokite jo įtampą ir apskaičiuokite srovę. Tačiau galingoms sistemoms šunto naudojimas ne visada yra techniškai pagrįstas dėl per didelių šilumos nuostolių. Holo efekto srovės jutikliai turi praktiškai nulinę varžą, todėl neįkaista. Be to, paprastai tokių jutiklių maitinimo ir išvesties signalo lygis yra 5 V diapazone, o tai labai patogu įdiegti reguliatorių ant mikrovaldiklių. Šiuo metu įmonės esami jutikliai yra gana populiarūs „Allegro MicroSystems“., pavyzdžiui, serijos ACS71X, ACS75X.

Be įprasto srovės lygio matavimo mikrovaldikliu, tikslinga sukurti techninės įrangos apsaugos grandinę nuo kritinio srovės lygio viršijimo. Mikrovaldikliui reikia šiek tiek laiko išmatuoti esamą lygį. Be to, srovė periodiškai matuojama po tam tikro laiko. Tokie vėlavimai, taip pat galimos programinės įrangos klaidos gali sukurti situaciją, kai kritinė srovė sugeba sugadinti įrenginį prieš ateinant kitam matavimui. Grandinė turi išjungti maitinimo jungiklius, kai srovė viršija kritinę vertę, nepriklausomai nuo mikrovaldiklio veikimo. Tokiai grandinei įgyvendinti dažniausiai naudojamas komparatorius, į kurio įvestį tiekiamas signalas iš srovės jutiklio ir atskaitos signalas. Viršijus leistiną srovę, įjungiamas komparatorius. Lyginamojo išvestis naudojama kaip atskiras signalas loginėse grandinėse; jungikliai išjungiami avariniu atveju. Šio diegimo delsa yra mažiausia.

Vairuotojas yra galios stiprintuvas ir skirtas tiesiogiai valdyti keitiklio maitinimo jungiklį (kartais klavišus). Jis turi sustiprinti valdymo signalą galia ir įtampa ir, jei reikia, suteikti jo potencialo poslinkį.

Renkantis tvarkyklę, būtina suderinti jos išvesties parametrus su galingo jungiklio (MOSFET tranzistoriaus, IGBT) įvesties parametrais.

1. MOS tranzistoriai ir IGBT yra įtampa valdomi įrenginiai, tačiau norint padidinti įėjimo įtampą iki optimalaus lygio (12-15 V), būtina užtikrinti atitinkamą įkrovą vartų grandinėje.

3. Norint apriboti srovės didėjimo greitį ir sumažinti dinaminį triukšmą, vartų grandinėje būtina naudoti nuosekliąsias varžas.

Sudėtingų konversijos grandinių valdymo tvarkyklėse yra daug elementų, todėl jos gaminamos integrinių grandynų pavidalu. Šiose mikroschemose, be galios stiprintuvų, taip pat yra lygio konvertavimo grandinių, pagalbinės logikos, vėlinimo grandinių, skirtų „negyvajam“ laikui formuoti, taip pat daugybė apsaugos priemonių, pavyzdžiui, nuo viršsrovių ir trumpojo jungimo, žemos įtampos ir daugelio kitų. . Daugelis kompanijų gamina didelį funkcinį asortimentą: apatinių jungiklių tilto grandinės tvarkykles, viršutinės tilto grandinės tvarkykles, viršutines ir apatines jungiklių tvarkykles su kiekvieno iš jų nepriklausomu valdymu, pusiau tilto tvarkykles, kurios dažnai turi tik vieną valdymo įvestį ir gali būti naudojamos simetriškai. valdymo įstatymas, tvarkykles valdyti visus tilto grandinės tranzistorius.

Tipiška viršutinio ir apatinio klavišų tvarkyklės iš International Rectifier IR2110 su bootstrap maitinimo principu prijungimo grandinė parodyta 3.1 pav., a. Abu klavišai valdomi atskirai. Skirtumas tarp šios tvarkyklės ir kitų yra tas, kad IR2110 turi papildomą lygių konvertavimo grandinę tiek apatiniame, tiek viršutiniame kanale, kuri leidžia atskirti mikroschemos logikos maitinimą nuo tvarkyklės maitinimo įtampos pagal lygį. Jame taip pat yra apsauga nuo žemos įtampos tiekimo vairuotojui ir aukštos įtampos „plūduriuojančio“ šaltinio.

Kondensatoriai C D, C C skirti slopinti aukšto dažnio trikdžius atitinkamai loginėse ir vairuotojo maitinimo grandinėse. Aukštos įtampos plūduriuojantį šaltinį sudaro kondensatorius C1 ir diodas VD1 (bootstrap maitinimo šaltinis).

Vairuotojo išėjimai yra prijungti prie galios tranzistorių naudojant vartų rezistorius R G1 ir R G2.

Kadangi tvarkyklė pastatyta ant lauko elementų, o bendra valdymui sunaudojama galia yra nereikšminga, kondensatorius C1 gali būti naudojamas kaip išėjimo pakopos maitinimo šaltinis, įkraunamas iš maitinimo šaltinio U PIT per aukšto dažnio diodą VD1. Kondensatorius C1 ir diodas VD1 kartu sudaro aukštos įtampos „plūduriuojantį“ maitinimo šaltinį, skirtą valdyti tilto stovo viršutinį tranzistorių VT1. Kai apatinis tranzistorius VT2 veda srovę, viršutinio tranzistoriaus VT1 šaltinis yra prijungtas prie bendro maitinimo laido, atsidaro diodas VD1 ir kondensatorius C1 įkraunamas iki įtampos U C1 = U PIT - U VD1. Priešingai, kai apatinis tranzistorius pereina į uždarą būseną, o viršutinis tranzistorius VT1 pradeda atsidaryti (3.1 pav.), diodą VD1 palaiko atvirkštinė maitinimo šaltinio įtampa. Dėl to vairuotojo išėjimo pakopa pradedama maitinti tik iš kondensatoriaus C1 iškrovos srovės. Taigi, kondensatorius C1 nuolat „vaikšto“ tarp bendro grandinės laido ir maitinimo laido (1 taškas).

Naudojant IR2110 tvarkyklę su įkrovos galia, ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas aukštos įtampos „plaukiojančio“ šaltinio elementų parinkimui. Diodas VD1 turi atlaikyti aukštą atvirkštinę įtampą (priklausomai nuo grandinės maitinimo), leistiną maždaug 1 A tiesioginę srovę, atkūrimo laiką t rr = 10-100 ns, t.y. būti greitas. Literatūroje rekomenduojamas diodas SF28 (600 V, 2 A, 35 ns), taip pat diodai UF 4004...UF 4007, UF 5404...UF 5408, HER 105... HER 108, HER 205... HER 208 ir kitos „itin greitos“ klasės.

Vairuotojo grandinė suprojektuota taip, kad aukštas loginio signalo lygis bet kuriame įėjime HIN ir LIN atitiktų tą patį lygį jo išėjime HO ir LO (žr. 3.1 pav. b, bendrojo režimo tvarkyklė). Aukšto lygio loginio signalo atsiradimas SD įėjime blokuoja tilto stovo tranzistorius.

Patartina naudoti šią mikroschemą inverterių jungikliams su PWM išėjimo įtampos reguliavimu valdyti. Reikia atsiminti, kad valdymo sistemoje būtina numatyti laiko uždelsimus („negyvąjį“ laiką), kad būtų išvengta pralaidumo srovių perjungiant tiltinio stovo tranzistorius (VT1, VT2 ir VT3,VT4, 1.1 pav.).

Talpa C1 yra įkrovos talpa, kurios mažiausią vertę galima apskaičiuoti naudojant formulę:

Kur 3 klausimas– galingo jungiklio vartų įkrovos vertė (referencinė vertė);

aš duobę- vairuotojo suvartojama srovė statiniu režimu (paprastai pamatinė vertė aš duobę≈ I G c t galingas raktas);

1 klausimas– ciklinis vairuotojo įkrovos pokytis (500-600 voltų vairuotojams 5 nK);

V p– vairuotojo grandinės maitinimo įtampa;

– įtampos kritimas per įkrovos diodą VD1;

T– galingų klavišų perjungimo laikotarpis.

3.1 pav. Įprasta IR2110 tvarkyklės įjungimo grandinės schema (a) ir jos signalų įėjimuose ir išėjimuose laiko diagramos (b)

V DD – mikroschemų loginis maitinimas;

V SS – vairuotojo loginės dalies bendras taškas;

HIN, LIN – loginiai įvesties signalai, valdantys atitinkamai viršutinį ir apatinį tranzistorius;

SD – loginė įvestis tvarkyklei išjungti;

V CC – vairuotojo maitinimo įtampa;

COM – neigiamas maitinimo šaltinio polius V CC;

HO, LO – tvarkyklės išvesties signalai, valdantys atitinkamai viršutinį ir apatinį tranzistorius;

V B – aukštos įtampos „plaukiojančio“ šaltinio maitinimo įtampa;

V S yra bendras aukštos įtampos „plūduriuojančio“ šaltinio neigiamo poliaus taškas.

Gauta įkrovos talpos vertė turi būti padidinta 10–15 kartų (paprastai C 0,1–1 μF ribose). Tai turėtų būti aukšto dažnio talpa su maža nuotėkio srove (idealiu atveju tantalas).

Rezistoriai RG 1, R G 2 nustato galingų tranzistorių įjungimo laiką, o diodai VD G 1 ir VD G 2, aplenkdami šiuos rezistorius, sumažina išjungimo laiką iki minimalių verčių. Rezistoriai R1, R2 turi nedidelę vertę (iki 0,5 omo) ir išlygina ominės varžos sklaidą išilgai bendros valdymo magistralės (reikalingas, jei galingas jungiklis yra lygiagretus mažiau galingų tranzistorių jungimas).

Renkantis didelės galios tranzistorių tvarkyklę, turite atsižvelgti į:

1. Galingų tranzistorių valdymo įstatymas:

Simetriškiems įstatymams tinka aukšto ir žemo jungiklio tvarkyklės bei pusiau tilto tvarkyklės;

Vieno galo įstatymas reikalauja viršutinio ir apatinio klavišų tvarkyklių, turinčių nepriklausomą kiekvieno galingo klavišo valdymą. Vairuotojai su transformatoriaus galvanine izoliacija netinka asimetriniam įstatymui.

2. Galingo klavišo parametrai (I to or I drain).

Paprastai naudojamas apytikslis metodas:

I out dr max =2 A gali valdyti galingą VT, kurio srovė iki 50 A;

I out dr max =3 A – valdyti galingą VT, kurio srovė siekia iki 150 A (kitaip žymiai pailgėja įjungimo ir išjungimo laikas ir padidėja galios nuostoliai perjungimui), t.y. Neteisingai pasirinkus kokybišką tranzistorių, jis praranda pagrindinius privalumus.

3. Papildomų funkcijų apskaita.

Įmonės gamina vairuotojus su daugybe aptarnavimo funkcijų:

Įvairi galinga raktų apsauga;

Vairuotojo žemos įtampos apsauga;

Su įmontuotais įkrovos diodais;

Su reguliuojamu ir nereguliuojamu galingo VT įjungimo delsos laiku, atsižvelgiant į kito išjungimo momentą (kovoti per sroves pustiltyje);

Su įmontuota galvanine izoliacija arba be jos. Pastaruoju atveju prie tvarkyklės įvesties turi būti prijungta galvaninės izoliacijos mikroschema (dažniausiai aukšto dažnio diodinė optrona);

Infazinis arba antifazinis;

Vairuotojo maitinimo šaltinis (reikia įkrovos maitinimo šaltinio arba trijų galvaniškai izoliuotų maitinimo šaltinių).

Jei kelių tipų tvarkyklės yra lygiavertės, pirmenybė turėtų būti teikiama toms, kurios perjungia galingų tranzistorių vartų srovę naudojant dvipolius VT. Jei šią funkciją atlieka lauko tranzistoriai, tam tikromis aplinkybėmis (perkrovos) gali atsirasti vairuotojo veikimo sutrikimų dėl „užfiksavimo“ paleidimo efekto.

Pasirinkus vairuotojo tipą (ir jo duomenis), reikia kovoti su srovėmis pustiltyje. Standartinis būdas yra akimirksniu išjungti galingą raktą, o įjungti užrakintą su uždelsimu. Tam naudojami diodai VD G 1 ir VD G 2, kurie uždarant VT apeina vartų rezistorius, o išjungimo procesas bus greitesnis nei atrakinimas.

Be vartų rezistorių R G 1 ir R G 2 manevravimo naudojant diodus (VD G 1, VD G 2, 3.1 pav.), siekiant kovoti su srovėmis galingos kaskados P grandinėje, įmonės gamina integruotus tvarkykles, kurios yra asimetrinės. išėjimo perjungimo srovė VT Aš kitas iš m akh onįjungimas ir išjungimas Aš kita išeiti m ah(Pavyzdžiui Aš kitas iš m akh on=2A, Aš kita išeiti m ah=3A). Taip nustatomos asimetrinės mikroschemos išėjimo varžos, kurios nuosekliai sujungtos su vartų rezistoriais R G 1 ir R G 2.

kur visos formulių reikšmės yra konkretaus vairuotojo atskaitos duomenys.

Simetriškai (dabartinei) tvarkyklei galioja ši lygybė:

.

MOSFET tranzistoriaus struktūroje yra trys talpos: vartų šaltinio talpa (įvesties talpa), šaltinio nutekėjimo talpa (išėjimo talpa), užtvaro nutekėjimo talpa (atitinkamai IGRT tranzistoriaus pralaida, ). 15-20) V įtampa į vartus, paleidžiama įėjimo talpa pasikraus eksponentiškai ir esant 8-10 V įtampai tranzistoryje atsiras srovė... Šis laiko periodas pateikiamas posūkio forma -įjungimo uždelsimo parametras (3.2 pav.), esant tam tikrai varžai vartų grandinėje

Kai VT struktūroje atsiranda nutekėjimo srovė, įvesties talpa bus įkraunama skirtingu eksponentiniu greičiu, nes šį procesą įtakoja išėjimo talpa, tada galiausiai įvesties talpa kaups įkrovą Q (atskaitos vertė). Išėjimo srovė (įtampos sumažinimas šaltinio-nuleidimo elektroduose) daugiausia priklausys nuo grandinėje vykstančių procesų, be reikšmingos vartų srovės įtakos.

Talpos iškrovos laikas taip pat nurodytas VT atskaitos parametruose laiko forma.

Kai tranzistorius išjungiamas, talpa pirmiausia išsikraus iki vertės (), tada šaltinio srovė pradės mažėti iki 0 (). Taigi VT įjungimo ir išjungimo delsa priklausys nuo vartų grandinės rezistoriaus vertės, o naudojant tvarkyklę, bendra varža vartų grandinėje turės du komponentus: (su nesubalansuotu tvarkykle ir ) - const ir papildomas vartų rezistorius, kuris gali būti keičiamas dėl reguliavimo vėlavimų 3.2 pav. aukščiau pateikti argumentai supaprastintų grafikų pavidalu.

Ryžiai. 3.2. Laiko nustatymo diagramos: (a) - kai įjungtas VT; (b) – kai VT išjungtas.

Pamatiniai duomenys nepateikia tranzistoriaus įėjimo ir išėjimo talpų parametrų, tačiau iš matematikos žinoma, kad pradinė eksponentinės dalis (iki 0,7) yra aproksimuota tiese, kurios pasvirimo kampas yra lygus. tiesiogiai proporcingas RC, o tai leidžia apskaičiuoti proporcijas.

Taigi, norint išvengti pratekančių srovių atsiradimo, reikia pasirinkti bendrą varžos vertę vartų grandinėje ( , ir reguliuoja vartų talpos VT įkrovimo greitį, kad būtų užtikrintas tranzistoriaus įjungimo vėlavimas, didesnis arba lygus laikui, praleistam uždarant VT (žr. 3.2 pav.).

(3.1)

kur yra nutekėjimo srovės slopinimo laikas (atskaitos vertė);

– VT išjungimo pradžios uždelsimo laikas, palyginti su momentu, kai blokavimo įtampa patenka į vartus. Naudojant šunto vartų diodus (VD G 1, VD G 2, 3.1 pav.), iškrovos greitį vienareikšmiškai lemia varža . Todėl išspręsta tokia proporcija (darant prielaidą, kad ją šuntuoja diodas VD G)

MOP (buržuaziškai MOSFET) reiškia Metal-Oxide-Semiconductor, iš šios santrumpos paaiškėja šio tranzistoriaus struktūra.

Jei ant pirštų, tada jis turi puslaidininkinį kanalą, kuris tarnauja kaip viena kondensatoriaus plokštė, o antroji plokštė yra metalinis elektrodas, esantis per ploną silicio oksido sluoksnį, kuris yra dielektrikas. Prijungus įtampą vartams, šis kondensatorius įkraunamas, o vartų elektrinis laukas traukia krūvius į kanalą, dėl ko kanale atsiranda mobilūs krūviai, galintys formuoti elektros srovę, o nutekėjimo šaltinio varža krenta. aštriai. Kuo didesnė įtampa, tuo daugiau įkrovimų ir mažesnė varža, todėl varža gali nukristi iki mažų verčių - šimtųjų omų, o jei dar padidinsite įtampą, oksido sluoksnis ir Khan tranzistorius sugenda. atsiras.

Tokio tranzistoriaus pranašumas, lyginant su dvipoliu, yra akivaizdus - į vartus reikia dėti įtampą, bet kadangi tai yra dielektrikas, srovė bus lygi nuliui, vadinasi, reikia galia valdyti šį tranzistorių bus menka, tiesą sakant, jis eikvoja tik perjungimo momentu, kai kondensatorius kraunasi ir išsikrauna.

Trūkumas atsiranda dėl jo talpinės savybės - esant talpai ant vartų, atidarant reikia didelės įkrovimo srovės. Teoriškai lygi begalybei be galo mažais laikotarpiais. O jei srovę riboja rezistorius, tai kondensatorius krausis lėtai – nuo ​​RC grandinės laiko konstantos nepabėgsi.

MOS tranzistoriai yra P ir N kanalas. Jie turi tą patį principą, skiriasi tik srovės nešėjų poliškumas kanale. Atitinkamai, skirtingomis valdymo įtampos ir įtraukimo į grandinę kryptimis. Labai dažnai tranzistoriai gaminami papildomų porų pavidalu. Tai yra, yra du modeliai, kurių charakteristikos yra visiškai vienodos, tačiau vienas iš jų yra N kanalas, o kitas - P kanalas. Jų žymėjimai, kaip taisyklė, skiriasi vienu skaitmeniu.

Mano populiariausias MOP tranzistoriai yra IRF630(n kanalas) ir IRF9630(p kanalas) vienu metu padariau apie dešimt jų kiekvieno tipo. Turintys ne itin didelį kūną TO-92Šis tranzistorius puikiai gali ištraukti iki 9A. Jo atvira varža yra tik 0,35 omo.
Tačiau tai gana senas tranzistorius, dabar yra, pavyzdžiui, šaunesnių dalykų IRF7314, galintis neštis tą patį 9A, bet tuo pačiu telpa į SO8 dėklą – tokio dydžio kaip užrašų knygelės kvadratas.

Viena iš prijungimo problemų MOSFET tranzistorius ir mikrovaldiklis (arba skaitmeninė grandinė) yra tai, kad norint visiškai atsidaryti iki visiško prisotinimo, šis tranzistorius turi įvesti šiek tiek daugiau įtampos į vartus. Paprastai tai yra apie 10 voltų, o MK gali išvesti daugiausia 5.
Yra trys parinktys:

Pasirinkti tranzistorių taip pat nėra labai sunku, ypač jei nesivarginate su ribojančiais režimais. Pirmiausia reiktų susirūpinti nutekėjimo srovės verte – I Drain arba aš D tranzistorių pasirenkate pagal maksimalią jūsų apkrovos srovę, geriausia su 10 procentų marža. Kitas jums svarbus parametras yra VGS- Šaltinio-vartų prisotinimo įtampa arba, paprasčiau, valdymo įtampa. Kartais parašyta, bet dažniau tenka žiūrėti į diagramas. Ieškau išvesties charakteristikos Priklausomybės grafiko aš D iš VDS skirtingomis vertėmis VGS. Ir išsiaiškink, kokį režimą turėsi.

Pavyzdžiui, variklį reikia maitinti 12 voltų įtampa, 8A srove. Susukote tvarkyklę ir turite tik 5 voltų valdymo signalą. Pirmas dalykas, kuris atėjo į galvą po šio straipsnio, buvo IRF630. Srovė yra tinkama su 9A marža, palyginti su reikiama 8. Tačiau pažvelkime į išėjimo charakteristiką:

Jei ketinate naudoti PWM šiame jungiklyje, turite pasiteirauti apie tranzistoriaus atidarymo ir uždarymo laiką, pasirinkti didžiausią ir, atsižvelgiant į laiką, apskaičiuoti maksimalų dažnį, kurį jis gali. Šis kiekis vadinamas Perjungimo delsa arba t ant,t išjungtas, apskritai, kažkas panašaus. Na, dažnis yra 1/t. Taip pat verta atkreipti dėmesį į vartų talpą C iss Remdamiesi juo, taip pat ribojančiu rezistorius vartų grandinėje, galite apskaičiuoti RC vartų grandinės įkrovimo laiko konstantą ir įvertinti našumą. Jei laiko konstanta yra didesnė už PWM periodą, tada tranzistorius neatsidarys/užsidarys, o kabės kokioje nors tarpinėje būsenoje, nes įtampa prie jo vartų ši RC grandinė bus integruota į pastovią įtampą.

Tvarkydami šiuos tranzistorius atminkite, kad Jie bijo ne tik statinės elektros, bet ir LABAI STIPRI. Prasiskverbti pro sklendę su statiniu krūviu yra daugiau nei įmanoma. Taigi kaip aš jį nusipirkau? iš karto į foliją ir neišimkite, kol neužsandarinsite. Pirmiausia nusižeminkite prie akumuliatoriaus ir užsidėkite folijos kepurę :).