उच्च शक्ति MOSFET के ड्राइव सर्किट का सिद्धांत क्या है?

एक ही उच्च-शक्ति MOSFET, विभिन्न ड्राइव सर्किट के उपयोग से अलग-अलग स्विचिंग विशेषताएँ प्राप्त होंगी। ड्राइव सर्किट के अच्छे प्रदर्शन का उपयोग पावर स्विचिंग डिवाइस को अपेक्षाकृत आदर्श स्विचिंग स्थिति में काम कर सकता है, जबकि स्विचिंग समय को कम करना, स्विचिंग घाटे को कम करना, ऑपरेटिंग दक्षता, विश्वसनीयता और सुरक्षा की स्थापना का बहुत महत्व है। इसलिए, ड्राइव सर्किट के फायदे और नुकसान सीधे मुख्य सर्किट के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं, ड्राइव सर्किट के डिजाइन का युक्तिकरण तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है। थाइरिस्टर छोटे आकार, हल्के वजन, उच्च दक्षता, लंबे जीवन, उपयोग में आसान, रेक्टिफायर और इन्वर्टर को आसानी से रोक सकता है, और रेक्टिफायर या इन्वर्टर करंट के आकार को बदलने के आधार पर सर्किट संरचना को नहीं बदल सकता है। आईजीबीटी एक मिश्रित है का उपकरणMOSFETऔर जीटीआर, जिसमें तेज स्विचिंग गति, अच्छी थर्मल स्थिरता, छोटी ड्राइविंग पावर और सरल ड्राइव सर्किट की विशेषताएं हैं, और छोटे ऑन-स्टेट वोल्टेज ड्रॉप, उच्च झेलने वाले वोल्टेज और उच्च स्वीकृति वर्तमान के फायदे हैं। आईजीबीटी एक मुख्यधारा बिजली आउटपुट डिवाइस के रूप में, विशेष रूप से उच्च-शक्ति वाले स्थानों में, आमतौर पर विभिन्न श्रेणियों में उपयोग किया गया है।

 

उच्च-शक्ति MOSFET स्विचिंग उपकरणों के लिए आदर्श ड्राइविंग सर्किट को निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

(1) जब पावर स्विचिंग ट्यूब चालू होती है, तो ड्राइविंग सर्किट तेजी से बढ़ने वाला बेस करंट प्रदान कर सकता है, ताकि चालू होने पर पर्याप्त ड्राइविंग पावर हो, जिससे टर्न-ऑन लॉस कम हो सके।

(2) स्विचिंग ट्यूब चालन के दौरान, MOSFET ड्राइवर सर्किट द्वारा प्रदान किया गया बेस करंट यह सुनिश्चित कर सकता है कि पावर ट्यूब किसी भी लोड स्थिति के तहत संतृप्त चालन स्थिति में है, जिससे तुलनात्मक रूप से कम चालन हानि सुनिश्चित होती है। भंडारण समय को कम करने के लिए, शटडाउन से पहले डिवाइस को गंभीर संतृप्ति स्थिति में होना चाहिए।

(3) शटडाउन, ड्राइव सर्किट को भंडारण समय को कम करने के लिए बेस क्षेत्र में शेष वाहकों को जल्दी से बाहर निकालने के लिए पर्याप्त रिवर्स बेस ड्राइव प्रदान करना चाहिए; और रिवर्स बायस कटऑफ वोल्टेज जोड़ें, ताकि लैंडिंग समय को कम करने के लिए कलेक्टर करंट तेजी से गिरे। बेशक, शटडाउन को पूरा करने के लिए थाइरिस्टर का शटडाउन अभी भी मुख्य रूप से रिवर्स एनोड वोल्टेज ड्रॉप द्वारा होता है।

वर्तमान में, थाइरिस्टर कम वोल्टेज अंत और उच्च वोल्टेज अंत को अलग करने के लिए ट्रांसफार्मर या ऑप्टोकॉप्लर अलगाव के माध्यम से तुलनात्मक संख्या के साथ ड्राइव करता है, और फिर थाइरिस्टर चालन को चलाने के लिए रूपांतरण सर्किट के माध्यम से ड्राइव करता है। अधिक आईजीबीटी ड्राइव मॉड्यूल के वर्तमान उपयोग के लिए आईजीबीटी पर, लेकिन आईजीबीटी, सिस्टम स्व-रखरखाव, स्व-निदान और आईपीएम के अन्य कार्यात्मक मॉड्यूल भी एकीकृत हैं।

इस पेपर में, हम जिस थाइरिस्टर का उपयोग करते हैं, उसके लिए प्रयोगात्मक ड्राइव सर्किट डिज़ाइन करते हैं, और यह साबित करने के लिए वास्तविक परीक्षण रोकते हैं कि यह थाइरिस्टर को चला सकता है। आईजीबीटी की ड्राइव के लिए, यह पेपर मुख्य रूप से वर्तमान मुख्य प्रकार के आईजीबीटी ड्राइव, साथ ही उनके संबंधित ड्राइव सर्किट और सिमुलेशन प्रयोग को रोकने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले ऑप्टोकॉप्लर आइसोलेशन ड्राइव का परिचय देता है।

 

2. थाइरिस्टर ड्राइव सर्किट अध्ययन सामान्य तौर पर थाइरिस्टर परिचालन की स्थितियाँ हैं:

(1) थाइरिस्टर रिवर्स एनोड वोल्टेज को स्वीकार करता है, चाहे गेट किसी भी प्रकार के वोल्टेज को स्वीकार करता हो, थाइरिस्टर बंद अवस्था में है।

(2) थाइरिस्टर फॉरवर्ड एनोड वोल्टेज को स्वीकार करता है, केवल गेट के मामले में थाइरिस्टर एक सकारात्मक वोल्टेज को स्वीकार करता है।

(3) थाइरिस्टर चालन स्थिति में, केवल एक निश्चित सकारात्मक एनोड वोल्टेज, गेट वोल्टेज की परवाह किए बिना, थाइरिस्टर चालन पर जोर देता है, अर्थात, थाइरिस्टर चालन के बाद, गेट खो जाता है। (4) चालन स्थिति में थाइरिस्टर, जब मुख्य सर्किट वोल्टेज (या करंट) शून्य के करीब कम हो जाता है, तो थाइरिस्टर बंद हो जाता है। हमने चुना है थाइरिस्टर TYN1025 है, इसका वोल्टेज 600V से 1000V है, करंट 25A तक है। इसके लिए आवश्यक है कि गेट ड्राइव वोल्टेज 10V से 20V हो, ड्राइव करंट 4mA से 40mA हो। और इसका मेंटेनेंस करंट 50mA है, इंजन करंट 90mA है। या तो डीएसपी या सीपीएलडी ट्रिगर सिग्नल आयाम 5V तक। सबसे पहले, जब तक 5V का आयाम 24V में, और फिर ऊपरी और निचले वोल्टेज अलगाव के कार्य को पूरा करते हुए, 24V ट्रिगर सिग्नल को 12V ट्रिगर सिग्नल में परिवर्तित करने के लिए 2:1 आइसोलेशन ट्रांसफार्मर के माध्यम से।

प्रायोगिक सर्किट डिजाइन और विश्लेषण

सबसे पहले, बूस्ट सर्किट, के पिछले चरण में अलगाव ट्रांसफार्मर सर्किट के कारणMOSFETडिवाइस को 15V ट्रिगर सिग्नल की आवश्यकता होती है, इसलिए पहले 5V ट्रिगर सिग्नल को 15V ट्रिगर सिग्नल में आयाम देने की आवश्यकता होती है, MC14504 5V सिग्नल के माध्यम से, 15V सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है, और फिर CD4050 के माध्यम से 15V ड्राइव सिग्नल शेपिंग के आउटपुट पर, चैनल 2 5V इनपुट सिग्नल से जुड़ा है, चैनल 1 आउटपुट से जुड़ा है, चैनल 2 5V इनपुट सिग्नल से जुड़ा है, चैनल 1 15V ट्रिगर सिग्नल के आउटपुट से जुड़ा है।

दूसरा भाग आइसोलेशन ट्रांसफार्मर सर्किट है, सर्किट का मुख्य कार्य है: 15V ट्रिगर सिग्नल, थाइरिस्टर चालन के पीछे ट्रिगर करने के लिए 12V ट्रिगर सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है, और 15V ट्रिगर सिग्नल और पीछे की दूरी के बीच की दूरी को करने के लिए अवस्था।

 

सर्किट का कार्य सिद्धांत है: के कारणMOSFETIRF640 ड्राइव वोल्टेज 15V है, इसलिए, सबसे पहले, J1 में 15V स्क्वायर वेव सिग्नल तक पहुंच, रेगुलेटर 1N4746 से जुड़े रेसिस्टर R4 के माध्यम से, ताकि ट्रिगर वोल्टेज स्थिर रहे, लेकिन साथ ही ट्रिगर वोल्टेज बहुत अधिक न हो , MOSFET को जला दिया, और फिर MOSFET IRF640 को (वास्तव में, यह एक स्विचिंग ट्यूब है, खुलने और बंद होने के पिछले सिरे का नियंत्रण। टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ के पिछले सिरे को नियंत्रित करें), नियंत्रित करने के बाद MOSFET के टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ समय को नियंत्रित करने में सक्षम होने के लिए ड्राइव सिग्नल का कर्तव्य चक्र। जब एमओएसएफईटी खुला होता है, तो इसके डी-पोल ग्राउंड के बराबर, जब यह खुला होता है, तो 24 वी के बराबर बैक-एंड सर्किट के बाद बंद हो जाता है। और ट्रांसफार्मर 12 वी आउटपुट सिग्नल के दाहिने छोर को बनाने के लिए वोल्टेज परिवर्तन के माध्यम से होता है . ट्रांसफार्मर का दाहिना सिरा एक रेक्टिफायर ब्रिज से जुड़ा होता है, और फिर 12V सिग्नल कनेक्टर X1 से आउटपुट होता है।

प्रयोग के दौरान आने वाली समस्याएं

सबसे पहले, जब बिजली चालू की गई, तो फ़्यूज़ अचानक उड़ गया, और बाद में जब सर्किट की जाँच की गई, तो पता चला कि प्रारंभिक सर्किट डिज़ाइन में कोई समस्या थी। प्रारंभ में, इसके स्विचिंग ट्यूब आउटपुट के प्रभाव को बेहतर करने के लिए, 24V ग्राउंड और 15V ग्राउंड पृथक्करण, जो MOSFET के गेट G पोल को S पोल के पीछे के बराबर बनाता है, को निलंबित कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप गलत ट्रिगर होता है। उपचार में 24V और 15V ग्राउंड को एक साथ जोड़ना है, और फिर प्रयोग को रोकना है, सर्किट सामान्य रूप से काम करता है। सर्किट कनेक्शन सामान्य है, लेकिन जब ड्राइव सिग्नल में भाग लेते हैं, MOSFET हीट, प्लस ड्राइव सिग्नल कुछ समय के लिए, फ़्यूज़ उड़ जाता है, और फिर ड्राइव सिग्नल जोड़ें, फ़्यूज़ सीधे उड़ जाता है। सर्किट की जाँच करें कि ड्राइव सिग्नल का उच्च स्तरीय कर्तव्य चक्र बहुत बड़ा है, जिसके परिणामस्वरूप MOSFET टर्न-ऑन समय बहुत लंबा है। इस सर्किट का डिज़ाइन तब बनाता है जब MOSFET खुलता है, 24V सीधे MOSFET के सिरों पर जोड़ा जाता है, और वर्तमान-सीमित अवरोधक नहीं जोड़ा जाता है, यदि ऑन-टाइम बहुत लंबा है तो वर्तमान बहुत बड़ा है, MOSFET क्षति, सिग्नल के कर्तव्य चक्र को विनियमित करने की आवश्यकता बहुत बड़ी नहीं हो सकती, आम तौर पर 10% से 20% या इसके आसपास।

2.3 ड्राइव सर्किट का सत्यापन

ड्राइव सर्किट की व्यवहार्यता को सत्यापित करने के लिए, हम इसका उपयोग एक दूसरे के साथ श्रृंखला में जुड़े थाइरिस्टर सर्किट को चलाने के लिए करते हैं, थाइरिस्टर एक दूसरे के साथ श्रृंखला में और फिर एंटी-समानांतर, आगमनात्मक प्रतिक्रिया के साथ सर्किट तक पहुंच, बिजली की आपूर्ति 380V AC वोल्टेज स्रोत है।

इस सर्किट में MOSFET, थाइरिस्टर Q2, Q8 ट्रिगर सिग्नल G11 और G12 एक्सेस के माध्यम से, जबकि Q5, Q11 ट्रिगर सिग्नल G21, G22 एक्सेस के माध्यम से। थाइरिस्टर गेट स्तर पर ड्राइव सिग्नल प्राप्त होने से पहले, थाइरिस्टर की हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता में सुधार करने के लिए, थाइरिस्टर का गेट एक अवरोधक और संधारित्र से जुड़ा होता है। यह सर्किट प्रारंभ करनेवाला से जुड़ा होता है और फिर मुख्य सर्किट में डाल दिया जाता है। मुख्य सर्किट समय में बड़े प्रारंभ करनेवाला को नियंत्रित करने के लिए थाइरिस्टर के चालन कोण को नियंत्रित करने के बाद, आधे चक्र के ट्रिगर सिग्नल अंतर के चरण कोण के ऊपरी और निचले सर्किट, ऊपरी G11 और G12 सभी तरह से एक ट्रिगर सिग्नल है अलगाव ट्रांसफार्मर के सामने के चरण के ड्राइव सर्किट के माध्यम से एक दूसरे से अलग किया जाता है, निचले G21 और G22 को भी उसी तरह सिग्नल से अलग किया जाता है। दो ट्रिगर सिग्नल एंटी-समानांतर थाइरिस्टर सर्किट सकारात्मक और नकारात्मक चालन को ट्रिगर करते हैं, ऊपर 1 चैनल पूरे थाइरिस्टर सर्किट वोल्टेज से जुड़ा होता है, थाइरिस्टर चालन में यह 0 हो जाता है, और 2, 3 चैनल थाइरिस्टर सर्किट से ऊपर और नीचे जुड़ा होता है सड़क ट्रिगर सिग्नल, 4 चैनल को संपूर्ण थाइरिस्टर करंट के प्रवाह से मापा जाता है।

2 चैनल ने एक सकारात्मक ट्रिगर सिग्नल मापा, जो थाइरिस्टर चालन के ऊपर ट्रिगर हुआ, वर्तमान सकारात्मक है; 3 चैनल ने एक रिवर्स ट्रिगर सिग्नल को मापा, जिससे थाइरिस्टर चालन के निचले सर्किट को ट्रिगर किया गया, वर्तमान नकारात्मक है।

 

3. सेमिनार के आईजीबीटी ड्राइव सर्किट आईजीबीटी ड्राइव सर्किट में कई विशेष अनुरोध हैं, संक्षेप में:

(1) ड्राइव वोल्टेज पल्स की वृद्धि और गिरावट की दर पर्याप्त रूप से बड़ी होनी चाहिए। आईजीबीटी चालू करने पर, स्टीप गेट वोल्टेज के अग्रणी किनारे को गेट जी और गेट के बीच एमिटर ई में जोड़ा जाता है, ताकि टर्न ऑन घाटे को कम करने के लिए समय पर सबसे कम टर्न तक पहुंचने के लिए इसे जल्दी से चालू किया जा सके। आईजीबीटी शटडाउन में, गेट ड्राइव सर्किट को आईजीबीटी लैंडिंग एज को बहुत तेज शटडाउन वोल्टेज प्रदान करना चाहिए, और आईजीबीटी गेट जी और एमिटर ई को उचित रिवर्स बायस वोल्टेज के बीच प्रदान करना चाहिए, ताकि आईजीबीटी तेजी से शटडाउन हो, शटडाउन समय कम हो, कम हो शटडाउन हानि.

(2) आईजीबीटी संचालन के बाद, गेट ड्राइव सर्किट द्वारा प्रदान किया गया ड्राइव वोल्टेज और करंट आईजीबीटी ड्राइव वोल्टेज और करंट के लिए पर्याप्त आयाम होना चाहिए, ताकि आईजीबीटी का पावर आउटपुट हमेशा संतृप्त स्थिति में रहे। क्षणिक अधिभार, गेट ड्राइव सर्किट द्वारा प्रदान की गई ड्राइविंग शक्ति यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए कि आईजीबीटी संतृप्ति क्षेत्र से बाहर न जाए और क्षति न हो।

(3) आईजीबीटी गेट ड्राइव सर्किट को उचित मूल्य लेने के लिए आईजीबीटी सकारात्मक ड्राइव वोल्टेज प्रदान करना चाहिए, विशेष रूप से आईजीबीटी में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों की शॉर्ट-सर्किट संचालन प्रक्रिया में, सकारात्मक ड्राइव वोल्टेज को आवश्यक न्यूनतम मूल्य के लिए चुना जाना चाहिए। आईजीबीटी के गेट वोल्टेज का स्विचिंग अनुप्रयोग सर्वोत्तम के लिए 10V ~ 15V होना चाहिए।

(4) आईजीबीटी शटडाउन प्रक्रिया, गेट-एमिटर के बीच लागू नकारात्मक पूर्वाग्रह वोल्टेज आईजीबीटी के तेजी से शटडाउन के लिए अनुकूल है, लेकिन इसे बहुत बड़ा नहीं लिया जाना चाहिए, सामान्य रूप से -2 वी से -10 वी तक लें।

(5) बड़े आगमनात्मक भार के मामले में, बहुत तेज़ स्विचिंग हानिकारक है, आईजीबीटी रैपिड टर्न-ऑन और टर्न-ऑफ में बड़े आगमनात्मक भार, उच्च आवृत्ति और उच्च आयाम और स्पाइक वोल्टेज एलडीआई / डीटी की संकीर्ण चौड़ाई का उत्पादन करेंगे। , स्पाइक को अवशोषित करना आसान नहीं है, डिवाइस को नुकसान पहुंचाना आसान है।

(6) चूंकि आईजीबीटी का उपयोग उच्च-वोल्टेज स्थानों में किया जाता है, इसलिए ड्राइव सर्किट को पूरे नियंत्रण सर्किट के साथ गंभीर अलगाव की संभावना में होना चाहिए, उच्च गति ऑप्टिकल युग्मन अलगाव या ट्रांसफार्मर युग्मन अलगाव का सामान्य उपयोग।

 

ड्राइव सर्किट स्थिति

एकीकृत प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, वर्तमान आईजीबीटी गेट ड्राइव सर्किट को ज्यादातर एकीकृत चिप्स द्वारा नियंत्रित किया जाता है। नियंत्रण मोड अभी भी मुख्य रूप से तीन प्रकार का है:

(1) प्रत्यक्ष ट्रिगर प्रकार इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच कोई विद्युत अलगाव नहीं।

(2) पल्स ट्रांसफार्मर आइसोलेशन, आइसोलेशन वोल्टेज स्तर 4000V तक का उपयोग करके इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच ट्रांसफार्मर आइसोलेशन ड्राइव।

 

इस प्रकार 3 दृष्टिकोण हैं

निष्क्रिय दृष्टिकोण: द्वितीयक ट्रांसफार्मर के आउटपुट का उपयोग आईजीबीटी को सीधे चलाने के लिए किया जाता है, वोल्ट-सेकंड समीकरण की सीमाओं के कारण, यह केवल उन स्थानों पर लागू होता है जहां कर्तव्य चक्र ज्यादा नहीं बदलता है।

सक्रिय विधि: ट्रांसफार्मर केवल पृथक सिग्नल प्रदान करता है, आईजीबीटी को चलाने के लिए द्वितीयक प्लास्टिक एम्पलीफायर सर्किट में, ड्राइव तरंग बेहतर है, लेकिन अलग सहायक शक्ति प्रदान करने की आवश्यकता है।

स्व-आपूर्ति विधि: पल्स ट्रांसफार्मर का उपयोग तर्क संकेतों के संचरण के लिए ड्राइव ऊर्जा और उच्च-आवृत्ति मॉड्यूलेशन और डिमॉड्यूलेशन तकनीक दोनों को प्रसारित करने के लिए किया जाता है, जो मॉड्यूलेशन-प्रकार स्व-आपूर्ति दृष्टिकोण और समय-साझाकरण तकनीक स्व-आपूर्ति में विभाजित है, जिसमें मॉड्यूलेशन तर्क संकेतों को प्रसारित करने के लिए आवश्यक बिजली आपूर्ति, उच्च आवृत्ति मॉड्यूलेशन और डिमोड्यूलेशन तकनीक उत्पन्न करने के लिए रेक्टिफायर ब्रिज को स्व-आपूर्ति शक्ति टाइप करें।

 

3. थाइरिस्टर और आईजीबीटी ड्राइव के बीच संपर्क और अंतर

थाइरिस्टर और आईजीबीटी ड्राइव सर्किट में समान केंद्र के बीच अंतर होता है। सबसे पहले, दो ड्राइव सर्किट को स्विचिंग डिवाइस और कंट्रोल सर्किट को एक-दूसरे से अलग करना आवश्यक है, ताकि हाई-वोल्टेज सर्किट से नियंत्रण सर्किट पर प्रभाव पड़ने से बचा जा सके। फिर, स्विचिंग डिवाइस को चालू करने के लिए दोनों को गेट ड्राइव सिग्नल पर लागू किया जाता है। अंतर यह है कि थाइरिस्टर ड्राइव को करंट सिग्नल की आवश्यकता होती है, जबकि आईजीबीटी को वोल्टेज सिग्नल की आवश्यकता होती है। स्विचिंग डिवाइस चालन के बाद, थाइरिस्टर के गेट ने थाइरिस्टर के उपयोग पर नियंत्रण खो दिया है, यदि आप थाइरिस्टर को बंद करना चाहते हैं, तो थाइरिस्टर टर्मिनलों को रिवर्स वोल्टेज में जोड़ा जाना चाहिए; और आईजीबीटी शटडाउन को आईजीबीटी को बंद करने के लिए केवल नकारात्मक ड्राइविंग वोल्टेज के गेट में जोड़ने की जरूरत है।

 

4. निष्कर्ष

यह पेपर मुख्य रूप से कथा के दो भागों में विभाजित है, कथा को रोकने के लिए थाइरिस्टर ड्राइव सर्किट अनुरोध का पहला भाग, संबंधित ड्राइव सर्किट का डिज़ाइन, और सर्किट का डिज़ाइन सिमुलेशन के माध्यम से व्यावहारिक थाइरिस्टर सर्किट पर लागू होता है। और ड्राइव सर्किट की व्यवहार्यता साबित करने के लिए प्रयोग, समस्याओं के विश्लेषण में आने वाली प्रयोगात्मक प्रक्रिया को रोक दिया गया और निपटाया गया। ड्राइव सर्किट के अनुरोध पर आईजीबीटी पर मुख्य चर्चा का दूसरा भाग, और इस आधार पर वर्तमान में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले आईजीबीटी ड्राइव सर्किट को पेश करने के लिए, और सिमुलेशन और प्रयोग को रोकने के लिए मुख्य ऑप्टोकॉप्लर अलगाव ड्राइव सर्किट को साबित करने के लिए ड्राइव सर्किट की व्यवहार्यता.