Одним з цікавих і перспективних кроків на шляху інтегрування силовий елементної бази можна вважати появу вітчизняних драйверів управління IGBT транзисторами і транзисторними збірками Технічні характеристики поставляемихдрайверов знаходяться на рівні (а в чомусь навіть і перевершують) кращих зарубіжних розробок аналогічного плану Про закордонних драйверах ми будемо говорити в цьому розділі трохи нижче, а зараз розповімо про вітчизняну продукцію, і зокрема, про модульних інтегральних драйверах, серійно виготовляються ЗАТ «Електрум АВ» [22] (м Орел) Номенклатура драйверів, вироблюваних цією фірмою, надзвичайно широка: випускаються драйвери управління одиночними силовими ключами, драйвери управління напівміст, в бескорпурном виконанні (у вигляді друкованої плати) і в захисних корпусах з розмірами не більше 60 x 46 x 12,5 мм, оснащені широким набором сервісних функцій, з вбудованими DC / DC перетворювач, і без них (із забезпеченням їх зовнішнього підключення) Фірмою також випускаються драйвери IGBT з гальванічною розвязкою ланцюга управління і живлення, з робочою напругою до 4500 В і робочими струмами силових ланцюгів ключових пріборовдо 2000 А, з частотами коммутаціідо 100 кГц У складі етіхдрайверов можна зустріти наступні сервісні вузли, які виконують захисні функції:

• контроль напруги насичення «колектор-емітер» силових транзисторів

• регулювання порогу відключення по напрузі насичення «колектор-емітер»

• регулювання тривалості заборони контролю напруги насичення на час активного стану керованого транзистора в діапазоні від 2,8 до 100 мкс

• гарантований заборона контролю напруги насичення керованого транзистора при перебуванні його в активній фазі (при перемиканнях) на мінімальний час 1 мкс

• регулювання часу перемикання силового транзистора

• номінальний контроль внутрішніх живлять напруг (моніторинг харчування)

• блокування керування при виникненні аварійного режиму

• Автоскидання схеми управління з керуючому сигналу

• наявність інверсних і прямих входів управління драйверами

• плавне аварійне відключення керованого транзистора за час 7 мкс

• блокування одночасного включення транзисторів «верхнього» і «нижнього» плечей напівмоста

• вбудовані DC / DC перетворювачі

• регулювання величини «мертвого часу»

• управління за допомогою сигналів стандартних рівнів ТТЛ / КМОП

• зовнішня сигналізація про виникнення аварійного режиму

• роздільне завдання струмів управління затворами силових транзисторів в фазах включення і відключення

Звичайно, про всі виконаннях драйверів в цій книзі ми поговорити не зможемо, тому розглянемо технічні характеристики і пристрій деяких тіпономіналов в захисних корпусах Зовнішній вигляд драйверів показаний на рис 2325, а типова структурна схема приведена на рис 2326

У складі драйверів є наступні основні схемні вузли: схема узгодження рівнів керуючих сигналів, схема управління затворами транзисторів, схема харчування Відповідно, за ознакою призначення висновки драйвера можна скомпонувати у функціональні групи:

• входи управління перемиканням («вхГ», «вх2+»,« ВхГ »,« вх2 ») – приймають від схеми управління статичним преоб-

Рис 2325 Зовнішній вигляд драйверів, вироблених ЗАТ «Електрум АВ»

разователь модульовані ШІМ-сигнали подача може здійснюватися як в прямому вигляді (входи із позначкою «+»), так і в інвертованому вигляді (входи зі знаком «-»)

• вхід примусового блокування управління перемиканням («БЛОК»)

• статусні виходи аварії керованих транзисторів «верхнього» і «нижнього» плеча («СТ1», «СТ2»)

• виходи управління затворами транзисторів «верхнього» і «нижнього» плеча по високому і низькому рівню («ВихГ», «ВихГ», «вих2+»,« Вих2»)

• входи налаштування часу перемикання каналів драйвера («Сз1», «Сз2»)

• входи контролю напруги насичення силових транзисторів з налаштуванням порогу і часу блокування каналів («ІКнастр1», «ІКнастр2»)

• виходи вбудованих джерел живлення каналів силової частини драйвера («+Епіт1 »,« ~ Епіт1 »,«+Епіт2 »,«_Епіт2 »)

• входи харчування інтерфейсної (вхідний) частини схеми («іпіт», «Загальний»)

На погляд автора, найбільший інтерес для застосування в конкретних розробках перетворювальної техніки представляють драйвери серії МД2ХХП-Б, оскільки вони виконані в захисному корпусі, а також мають найбільш оптимальний набір сервісних функцій:

• контроль напруги насичення силового транзистора

• заборона контролю напруги насичення на час перемикання

• контроль зниження напруги живлення нижче 11 В

• блокування керування при виникненні аварійної ситуації

• наявність входів роздільного управління «верхнім» і «нижнім» плечем напівмоста

• наявність власного джерела живлення гальванічно розвязаних ланцюгів

• плавне аварійне відключення силових транзисторів

Структурна схема драйвера серії МД2ХХП-Б показана на

рис 2327

Вхідний сигнал управління надходить на висновки 4 і 8 драйвера, позначені на структурній схемі як «Управління 1» та «Управління 2» Зверніть увагу: драйвер не має інвертованих керуючих входів, а «поворотним» загальним провідником служить висновок 9 Висновки 2 і 3 відведені під живлення схеми До висновків 14, 15, 16, 17, 18, 19 підключаються зовнішні ємності, які виконують функцію сглаживающих для внутрішніх джерел живлення Управління затворами IGBT транзисторів – роздільне До висновків 12 і 21 драйвера підключаються резистори, обмежують струм відкриття затворів,

а до висновків 13 і 20 – резистори, що обмежують струми закриття Контроль насичення силових транзисторів виконується через висновки 10 і 23 До висновків 11 і 22 підключаються конденсатори, що задають час блокування контролю насичення транзисторів За допомогою резисторів, що підключаються до висновків 5 і 7, відбудеться налаштування величини «мертвого часу» між перемиканнями транзисторів Висновок 6 – сигналізація про виникнення аварійного стану

У ланцюзі контролю насичення силових транзисторів можуть включатися діоди VD1, VD2 (або послідовно включаються ланцюжка діодів), які знижують порогове напруга контролю відповідно до формули:

де Umc – Поріг напруги насичення

n – кількість послідовно включених діодів

Діоди повинні використовуватися з зворотним напругою не нижче 1000 В і часом зворотного відновлення не більше 100 нс, наприклад, типу UF4006

Налагодження «мертвого часу» здійснюється резисторами RJdI і RJd2, Номінали яких можна розрахувати із співвідношення для величини «мертвого часу» ttd:

де Rtd – Опір відповідного резистора

У формулу (234) номінал резистора Rtd потрібно підставляти в кОм, тоді величина «мертвого часу» ttd буде обчислена в мкс

Ще один настроюється параметр драйвера – час затримки спрацьовування захисту, яке може бути відрегульоване величиною конденсатора Стс Розрахувати час затримки спрацьовування захисту tmc можна за формулою:

Підстановка величини Стс здійснюється в пФ, тоді час затримки tmc вийде в мкс Мінімальне значення Стс для даного типу драйвера становить 100 пФ

Яким чином «працює» схема контролю напруги насичення відкритого транзистора Ідея тут досить проста: у разі виникнення короткого замикання (КЗ) або перевантаження в силовому ланцюзі напруга на відкритому транзисторі різко зростає, що і відстежується відповідною схемою контролю (висновки 10 і 23), замикаючої силовий транзистор Діаграми роботи схеми контролю напруги насичення наведені на рис 2328 Зверніть увагу: зниження напруги на затворі виконується не миттєво, а плавно – в цілях виключення стрибка напруги на затворі від наведених струмів колекторного ланцюга

Рис 2328 Діаграма роботи схеми контролю насичення

Основні електричні дані драйвера наступні:

• діапазон напруги живлення – 13,5 .. 16,5 В

• стійкість до випробувального напрузі ізоляції – 4000 В

• імпульсний струм управління силовими транзисторами (залежно від виконання) – 1,5 А 5,0 А 8,0 А

• струм споживання по харчуванню – не більше 200 мА

• робочий діапазон температур – мінус 40 .. +100 ° С

На рис 2329 наведена рекомендована електрична схема на основі даного драйвера, яка була випробувана в процесі авторських розробок перетворювача з номінальною вихідною потужністю 12 кВт

Напруга 15 В, що живить драйвер, надходить на контакти 1 – 2 плати Управління здійснюється сигналами з контактів 3-4 щодо «спільного» сигнального контакту 5 На контакти 6-7 виведений сигнал «аварія» у вигляді замикає «сухого» контакту твердотільного реле, який транслюється на схему управління статичним перетворювачем Контакти 8-9-10 предназначенид ляуправленія IGBT транзистором «верхнього» плеча напівмоста, а контакти 11-12 – 13 – для управління «нижнім» IGBT транзистором напівмоста Конденсатори Cl .. C5 – блокувальні по харчуванню, а конденсатори C6, C7 встановлюють час заборони контролю напруги насичення силових транзисторів Резистори R1, R2 задають «мертве» час, який вданому випадку встановлено

Рис 2329 Принципова схема драйвера на основі модуля МД250П-Б

рівним 5 мкс Резистори R4 .. R7 – затворні Діоди VDl .. VD4 знижують величину контрольованого напруги насичення

У результаті використання драйвера МД250П-Б замість схем, побудованих на дискретних елементах, вдалося істотно (майже в два рази) зменшити конструктивну висоту вузла в зборі, відмовитися від трудомістких операцій з намотуванні трансформаторів, підвищити надійність перетворювачів і в більш повній мірі оснастити розроблювані прилади засобами захисту від аварійних режимів

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил