Драйверы специального назначения
Силовая электроника – это не только исполнительные силовые компоненты, такие как мощные диоды, тиристоры или транзисторы, но и специализированные схемы управления. В частности, одним из стандартных элементов управления в силовой электронике является драйвер IGBT- и MOSFET-транзисторов. Существует достаточно много драйверов различных производителей, таких как «CT Concept», «Semikron», «Powerex» и т.д. Проблем в выборе нет. Однако, когда заходит речь о разработке преобразователя специального назначения, то оказывается, что драйверов IGBT- и MOSFET-транзисторов с отметкой «приёмка 5» нет. Эту проблему призвана решить серия драйверов специального назначения от «Электрум АВ».
В указанную серию входят следующие драйверы:
5МД1110А – одноканальный модуль драйвера;
5ДР1120П-А – одноканальный драйвер;
5ДР2120П-А – двуканальный драйвер.
Внешний вид данных драйверов представлен на рисунках 1,2,3.
Рисунок 1 – Внешний вид драйвера 5МД1110А
Рисунок 2 – Внешний вид драйвера 5ДР1120П-А
Рисунок 3 – Внешний вид драйвера 5ДР2120П-А
Указанные драйверы построены на основе типовой электрической схеме с использование проверенных временем элементов разрешённых МОП44. В основе драйверов лежит модуль драйвера 5МД1110А. Данный узел является базовым, выполняя все основные функции драйвера. На плате драйверов 5ДР1120П-А и 5ДР2120П-А установлены необходимые схемы включения модуля драйвера, DC/DC-преобразователь и настроечные элементы. Иллюстрацией такого подхода к построению драйвера служит структурная схема драйвера 5ДР2120П-А приведённая на рисунке 4.
Рисунок 4 – Структурная схема драйвера 5ДР2120П-А
Из вышеприведённого рисунка видна структура драйвера и функции входящих в него модулей драйверов 5МД1110А. И т.к. модуль драйвера (5МД1110А) один и тот же, то и функционирование драйверов почти одинаковое. Модуль драйвера – это исполнительная логическая часть с трансформаторной гальванической развязкой. В состав модуля входят управляющая логика, развязка, выходной триггер управления, усилительный каскад, схемы защиты по ненасыщению и от пониженного напряжения питания. На платах драйверов установлены дополнительная входная логика, обеспечивающая пересброс режима аварии, блокировку одновременного включения транзисторов и формирование «мёртвого» времени на переключение (для двуканального драйвера). В выходной части платы драйвера установлены настроечные элементы и блокирующие диоды измерительного коллектора модуля драйвера. Так же имеется DC/DC-преобразователь, преобразующий питание 15 В в гальванически развязанные питания +15 / -10 В выходной схемы драйвера. Таким образом, модуль драйвера становится полноценным законченным драйвером, с диаграммой функционирования приведенной на рисунке 5.
Рисунок 5 – Функциональная диаграмма работы драйвера 5ДР2120П-А с внешним сигналом сброса режима аварии
Где IN1,IN2 – входные сигналы управления;
G1,G2 – выходные сигналы на затворах управляемых транзисторов;
С1,С2 – сигналы на измерительных коллекторах;
Fault – выход статусного сигнала аварии;
Reset – внешний сигнал сброса режима аварии;
Uз – напряжение срабатывания защиты по ненасыщению;
tмв – «мёртвое» время на переключение;
tзз – задержка срабатывания защиты по ненасыщению;
tпв – время плавного выключения в режиме аварии.
Драйвер работает следующим образом:
Подача «лог.1» на управляющий вход «IN1» или «IN2» приведет к открытию соответствующего управляемого транзистора. Одновременная подача на входы «IN1» и «IN2» уровня «лог.1» приведёт к запиранию управляемых транзисторов (блокировка одновременного включения). Увеличение падения напряжения в открытом состоянии более, чем на Uз за время, превышающее tзз приведет к срабатыванию защиты по превышению падения напряжения в открытом состоянии (по перегрузке по току). При возникновении аварии управление обоими каналами будет заблокировано и откроется транзистор, включенный по схеме с открытым коллектором (вывод «Fault»). Если выводы «Rin» и «Rout» (см. рисунок 4) разъединены, то сброс режима аварии произойдёт при подаче «лог.1» на вход «Rin» и по переднему фронту любого из сигналов управления «IN». Если выводы «Rin» и «Rout» соединены, то сброс аварии произойдёт автоматически через время блокировки, установленное резистором «Rбл». В случае если причина «аварии» не была устранена, цикл защиты повторится.
Снижение напряжения питания драйвера до уровня порога срабатывания защиты от пониженного напряжения питания драйвера приведет к закрытию управляемого транзистора независимо от входных сигналов управления. По порогу срабатывания защиты от пониженного напряжения питания драйвера сигналы управления восстановятся. При срабатывании защиты от пониженного напряжения питания сигнал ошибки на выходе «Fault» не появляется; так же не появится сигнала аварии при срабатывании блокировки на одновременное включение.
Как следует из функциональной диаграммы работы драйвера, в итоге получается полноценный драйвер, отвечающий всем современным требованиям, предъявляемым к такого рода изделиям. Драйверы выполняют функции приведённые в таблице 1; основные общие параметры драйверов приведены в таблице 2.
Таблица 1 – Функции драйверов
Таблица 2 – Основные параметры драйверов
Драйверы могут быть применены в следующих устройствах специального назначения:
- в схемах управления электродвигателями;
- в мощных импульсных источниках питания;
- в преобразователях токов и напряжений;
- в схемах мощных реле и коммутаторов.
Драйверы могут управлять транзисторами с пиковыми напряжениями и максимальными токами нагрузки в соответствии с рисунком 6. Пример частотного диапазона в зависимости от тока коллектора управляемого транзистора (при 25 0С) для IGBT-транзистора с максимальным напряжением коллектор-эмиттер 1200 В приведён на рисунке 7.
Рисунок 6 – Область эксплуатации драйверов Рисунок 7 – Частотный диапазон управления в зависимости от тока
Драйверы серии 5ДР, построенные на основе модуля драйвера 5МД1110А, – это изделия, которые могут быть применены во всех современных преобразователях мощностью до нескольких сот кВт. Более того, в преобразователях с отметкой «приёмка 5». Плюс к этому, набор стандартных функций и возможности настройки драйвера позволяют разработчику не тратить времени на освоение указанных изделий или на компромиссы между схемой управления и исполнительной силовой частью. В общем, драйверы серии 5ДР – это современные драйверы специального назначения IGBT- и MOSFET-транзисторов, а такое название уже говорит о многом.
