Усовершенствованный изолированный импульсный драйвер МОП-транзисторов

В преобразователях энергии схемы импульсных драйверов передают импульсы, формируемые контроллером, на мощный транзистор. Схемы драйвера должны передавать как сигналы включения/выключения от контроллера, обеспечивая при этом гальваническую развязку, так и энергию для включения и выключения коммутатора и поддержания его в нужном состоянии. Требуемая для этого энергия увеличивается с увеличением входной емкости силового транзистора, которая также растет с ростом мощности, коммутируемой транзисторным модулем. Когда требуется коммутация большой мощности, разработчики обычно включают силовые транзисторы параллельно, увеличивая входную емкость. Если нужно включать несколько модулей IGBT параллельно, лучше всего использовать общий драйвер затвора, поскольку использование разных схем драйверов приводит к дополнительному разбросу во временах включения и выключения и может создать дисбаланс между каждым силовым модулем.

За основу изображенной на Рисунке 1 схемы была взята конструкция из предыдущей статьи [1]. Работает схема в основном так же, как и предыдущая, но она может управлять MOSFET или IGBT с входной емкостью более 5 нФ. Схема обеспечивает полную гальваническую изоляцию и не нуждается в плавающих источниках питания. Она может передавать импульсы с коэффициентами заполнения, приближающимися к 100%.

Этот изолированный импульсный драйвер может передавать сигналы с любыми коэффициентами заполнения даже при управлении мощными MOSFET/IGBT модулями с большой входной емкостью затвора.
Рисунок 1. Этот изолированный импульсный драйвер может передавать сигналы с любыми
коэффициентами заполнения даже при управлении мощными MOSFET/IGBT модулями
с большой входной емкостью затвора.

В схему из предыдущей статьи добавлены транзисторы Q6 и Q7. Мощность транзисторов Q1, Q2, Q3 и Q4 теперь увеличена, поскольку они должны работать с бóльшими токами, в зависимости от транзистора, которым необходимо управлять. Транзисторы Q1 и Q2 типа BUZ71, Q3 и Q4BUZ171, а Q6 и Q7ZVN2106. Дифференцирующие цепи C1/R1 и C2/R2 формируют импульсы длительностью 1 мкс, которые подаются не напрямую на затворы транзисторов Q1 и Q2, как в [1], а на транзисторы Q6 и Q7. Хотя входные емкости Q1 и Q2 составляют около 700 пФ, входные емкости транзисторов Q6 и Q7 равны примерно 75 пФ, что гарантирует правильную передачу узких импульсов.

Во время нарастающего фронта входного управляющего сигнала транзистор Q7 включается, и через сопротивление открытого канала его ток начинает заряжать входную емкость транзистора Q7. Поскольку сопротивление открытого канала Q7 составляет всего несколько ом и дополнительных сопротивлений в цепи его стока нет, процесс зарядки входной емкости Q2 становиться быстрым, несмотря на то, что его входная емкость велика.

По мере увеличения напряжения на затворе Q2 напряжение затвор-исток Q7 уменьшается, и транзистор закрывается. В результате узкие импульсы, формируемые дифференцирующей цепью, передаются на транзисторы Q7 и Q2 и далее через трансформатор связи T1 на транзистор Q3, который заряжает входную емкость затвор-исток транзистора Q5. Тот же процесс происходит с транзисторами Q6, Q1 и Q4 во время спадающего фронта входного сигнала управления драйвером для разряда входной емкости транзистора Q5.

С помощью потенциометра P1 можно управлять временем разряда Q1 и Q2 и, таким образом, регулировать смещение управляющего сигнала, подаваемого на силовой транзистор. Поскольку транзисторы Q6/Q1 и Q7/Q2 передают узкие импульсы и имеют высокие скорости нарастания и спада, можно получить большой диапазон изменения коэффициента заполнения даже при высоких частотах переключения. При тактовой частоте 20 кГц коэффициент заполнения можно изменять от 2% до 98%. Компактная конструкция схемы позволяет монтировать ее близко к силовому модулю, что минимизирует паразитные параметры.

Изолированный импульсный драйвер МОП-транзисторов в 10-киловаттном трехфазном инверторе требует небольшого количества компонентов и имеет гальваническую изоляцию.
Рисунок 2. Изолированный импульсный драйвер МОП-транзисторов в 10-киловаттном
трехфазном инверторе требует небольшого количества компонентов
и имеет гальваническую изоляцию.

На Рисунке 2 показан прототип 10-киловаттного драйвера трехфазного инвертора, предназначенного для передачи энергии в сеть. В схеме используется мощный транзистор SKM75GB128. Измеренная входная емкость транзисторов превышает 15 нФ. При этом общий ток, потребляемый импульсным драйвером МОП-транзисторов, составляет менее 30 мА.

  1. Datasheet STMicroelectronics BUZ71
  2. Datasheet STMicroelectronics BUZ171
  3. Datasheet Texas Instruments CD4049A
  4. Datasheet Semikron SKM75GB128
  5. Datasheet Diodes ZVN2106A

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 62
сейчас смотрят 4
представлено поставщиков 1569
загружено
позиций
25 067 862