Драйвер марки «Електрум» є повністю закінченим функціональним пристроєм (рис 612) Він містить всі необхідні елементи управління затвором або стоком потужного транзистора, що забезпечують потрібні рівні узгодження струмових і потенційних сигналів, тривалості фронтів і затримок, необхідні рівні захисту транзисторів при небезпечних рівнях напруги насичення (струмовий перевантаження, кз), при недостатньому напрузі на затворі

рис 612 Структурна схема драйвераПрімененіе DC I DC-перетворювачів і транзисторних вихідних каскадів створює необхідні потужності для перемикання силових транзисторів будь-якої потужності з достатньою швидкістю, що забезпечує мінімальні втрати комутації Елементи драйвера мають достатні рівні гальванічної ізоляції, що дозволяють їх використання у високовольтних системах Драйвер може управляти транзистором з «Кельвіновскім виходом» або транзистором, в ланцюзі колектора якого є Струмовимірювальні резистор (ніхромову або манганіновий резистор опором від 0,1 до декількох мОм на керамічному підставі) Драйвер формує необхідні статусні сигнали Ст, що характеризують режими роботи транзистора, наявність напруги живлення Драйвер забезпечує управління затвором транзистора з регульованим значенням за рядного і розрядного струмів, контроль напруг і захист затвора транзистора при недостатньому або надмірному напруженні на них, контроль напруги насичення силового транзистора, аварійне плавне відключення навантаження Драйвер у разі аварійних ситуацій формує вихідний сигнал з оптронной розвязкою Він дозволяє управляти силовим транзистором з частотою не менше 100 кГц

Наявність регульованою тривалості затримки в перемиканні силових транзисторів (верхнього і нижнього) схеми напівмоста перетворювача забезпечує відсутність наскрізних струмів в ньому Розглянемо функціонування драйвера і призначення його висновків Драйвер дозволяє мати на виході напруга від +18 В до -5 В залежно від керуючого сигналу, що дає можливість управління IGB У – м Одуль я м і будь-якої потужності Завдяки великій стійкості до перешкод, досягнутої використанням негативної напруги, кілька польових або / (7 / / У-модулів можуть зєднуватися паралельно, не побоюючись паразитного дії перемикань і коливань

Драйвер для кожного з двох каналів містить:

– вхідну схему, що забезпечує узгодження рівнів сигналів, і захисну затримку перемикання

– електричну ізоляцію між вхідний схемою і силовий (вихідний) частиною

– схему управління затвором транзистора

– схему контролю напруги на відкритому транзисторі

– схему контролю рівня напруги живлення силової частини драйвера

підсилювач

– захист від викидів напруги у вихідний частини драйвера

– електрично ізольований джерело напруги (конвертер DC / DC)

Обидва канали драйвера працюють незалежно один від одного Завдяки електричної ізоляції, здійснюваної за допомогою трансформаторів і оптронов (що піддаються випробувальному напрузі 2650 В змінної напруги частотою 50 Гц протягом 1 хв) між вхідний схемою і силовою частиною, а також високій швидкості наростання напруги (30 000 В / мкс), модулі драйверів можуть застосовуватися в схемах з великими потенційними напруженнями і великими потенційними перепадами, що відбуваються між силовою частиною і схемою контролю (управління) Аварійний стан транзистора визначається напругою колектора силового транзистора у відкритому стані Якщо поріг, визначений користувачем, перевищений, то силовий транзистор вимикається і залишається заблокованим до закінчень активного рівня сигналу на керуючому вході Після цього він може бути знову включений подачею активного рівня на керуючий вхід Електрична ізоляція між вхідний і вихідний частиною драйвера здійснюється за допомогою оптронів Завдяки їх застосуванню виключається можливість впливу перехідних процесів, що виникають на силовому транзисторі, на схему управління Вхідна схема має вбудований захист, що виключає відкриття обох силових транзисторів напівмоста одночасно Якщо на керуючі входи обох каналів подати активний керуючий сигнал, то відбудеться блокування схеми і обидва силових транзистора будуть закриті Модулі драйвера повинні розташовуватися дуже близько до силових транзисторів і зєднуватися з ними максимально короткими провідниками Входи Вх1 «+», Вх1 «-» зєднуються зі схемою управління і контролю провідниками, що йдуть паралельно або кручений парою, довжиною до 25 см Загальний провідник (висновки 1, 26, 29) повинен завжди підводитися окремо для обох каналів до вхідних схемою для забезпечення надійної передачі керуючих імпульсів

Вхід Вх1 «+» (висновок 3) є прямим керуючим входом, тобто при подачі на нього логічної 1 відбувається відкриття силового транзистора, а при подачі 0 – його закриття Вхід Вх1 «-» (вивод4) – інверсним, тобто при подачі на нього логічної 1 відбувається закриття силового транзистора, а при подачі 0 – його відкриття Управління здійснюється подачею на входи логічних рівнів ТТЛ Вхід «Блокир» (висновок 7) є керуючим входом, логічна 1 на ньому блокує роботу драйвера, а він подає замикає напруга на силові транзистори Вхід «Блокир» є спільним для обох каналів Для нормальної роботи драйвера на вході «Блокир» – логічний нуль Висновки 27, 30 (-ЕПШП = -5 В), 26, 29 (заг), 25, 28 (+ ЕПШП = +18 В) – висновки харчування силової частини драйвера, на яких є напруга з IX7IX-перетворювача Вхід «ик» (вимірювальний колектор) підключається до колектора силового транзистора Він контролює спільно з входом «ІЕ» напруга на відкритому транзисторі У випадку КЗ або перевантаження напруга на відкритому транзисторі зростає і при своєму перевищенні порогового значення драйвер замикає транзистор, виробляючи на виході «Ст» (висновок 13 для верхнього транзистора, висновок 16 для нижнього транзистора) керуючий сигнал «Аварія» Поріг спрацьовування захисту визначається кількістю бистровос-станавливаются діодів (час відновлення 50 .. 70 ні), включених послідовно в цьому ланцюзі Час спрацювання захисту регулюється підключенням входу «ік1» (висновок 34 для верхнього транзистора, висновок 22 для нижнього транзистора) до «Кельвіновскому виходу» силового транзистора

Вхід «ік1» (вимірювальний колектор) не має діода і обмежувального резистора Його використовують для завдання часу спрацьовування захисту по напрузі насичення на відкритому транзисторі шляхом підключення до нього конденсатора Час спрацювання захисту пропорційно ємності конденсатора За умовчанням в драйвері встановлена ​​ємність 100 пФ, що створює час спрацьовування захисту 5,5 мкс Для його збільшення підключається додаткова ємність між висновками «ік1» і «Заг» Виходи «ВИХ1 іВих2» (висновки 32, 33 для верхнього транзистора, висновки 20, 19 для нижнього транзистора) призначені для включення силових транзисторів і регулювання часу цього включення На вихід «ВИХ1» подається напруга -5 В, а на вихід «вих2» напруга +18 В для управління затвором силового транзистора Для забезпечення крутих фронтів імпульсу управління (порядку 1 мкс) допускається пряме зєднання цих виходів з входами транзистора Щоб згладити фронти або обмежити струм управління, зазначені виходи підключаються до транзистора через резистори RgMІ Rg0ff (наприклад,

3,3 Ом)

Вихід «Ст + L um »(висновки 14, 15 – для верхнього транзистора, висновки 17, 18 – для нижнього транзистора) підтверджує наявність живлення (+18 В) DC/DC- перетворювача на вихідний (силовий) частини драйвера Він зібраний за схемою з відкритим колектором При нормальній роботі драйвера (наявності харчування і достатньому його рівні) вихід «Ст +ПШ11»Зєднується із загальним висновком керуючої схеми за допомогою відкритого транзистора При зниженні напруги живлення нижче 12 В відбувається вимикання силового транзистора і блокування роботи

г

драйвера Виходи Cr, Ct (Висновки 8, 9) призначені для підєднання конденсаторів, що збільшують час затримки між вхідним і вихідним імпульсом /ИКЛ драйвера За замовчуванням (без додаткового конденсатора) цей час одно 1 мкс, завдяки чому на імпульси, коротше 1 мкс, драйвер не реагує (захист від імпульсних перешкод) Для затримки в 3 мкс необхідна ємність 1200 пФ Основним призначенням цієї затримки є виключення виникнення наскрізних струмів, що утворюються в півмилі Наскрізні струми викликають розігрів силових транзисторів, спрацьовування аварійної захисту, збільшують споживаний струм, погіршують ККД схеми Завдяки введенню цієї затримки обома каналами драйвера, навантаженого на напівміст, можна управляти силовими транзисторами одним сигналом у формі меандра (рис 613)

! Рис 613 Тимчасова діаграма роботи двоканального драйвера і силових транзисторів при одному спільному управлінні каналами одним керуючим сигналом

На рис 614 наведена схема самого потужного драйвера із серії драйверів «Електрум» Він дозволяє управляти транзисторами з номінальним струмом до 2000 А Це забезпечує потужний DC / DC-перетворювач з імпульсним струмом 18 А, що дозволяє за короткий час заряджати та розряджати затвори транзисторів

Вихідний каскад драйвера є високочастотним транзисторним підсилювачем-формувачем Він формує роздільні сигнали включення і виключення транзистора з регульованою тривалістю, яка визначається номіналом відповідного резистора Правильний підбір тривалості переднього і заднього фронтів цього сигналу суттєво впливає на роботу всієї системи

Короткий фронт зменшує час знаходження керованого транзистора в активному стані і, отже, його динамічні втрати, але в той же час істотно збільшує рівень перешкод по силового ланцюга, які через ланцюг контролю залишкової напруги транзистора можуть призводити до збоїв драйвера Він залежить від характеру навантаження, особливо від її індуктивних властивостей Рівні сигналів керування силовими транзисторами, що формуються драйвером, визначаються вихідними напругами IX У IX – перетворювача Для надійної роботи транзистора рівень напруги відмикання повинен бути не менше +18 В, а рівень напруги запирання не менше -7 В Драйвер має захист затворів (стабілітрони VD) від подачі на них напруги вище ± 20 В, що є гранично допустимим для затворної ланцюга Висока напруга може зявитися на затворі внаслідок високочастотних перешкод, що виникають у силовий ланцюга

При виникненні аварійних ситуацій робота драйвера на деякий час блокується з тим, щоб дати можливість транзистору охолонути, оскільки перераховані причини призводять до перегріву транзистора Висновок драйвера із заблокованого стану може бути здійснений зняттям сигналу керування після витримки заданого в драйвері часу від 10 до 100 мс У драйвері передбачена автоматичне блокування контролю напруги насичення на керованому транзисторі під час активного його стану (процес його перемикання), оскільки в цей період падіння напруги може істотно перевищувати встановлені критичні рівні Вхідна частина драйвера гальванічно ізольована (оптронная розвязка) від силових ланцюгів, причому напруга ізоляції для високовольтних транзисторів на 3,3 або 4,5 кВ досягає 15 кВ (Пікового значення) Вхідний струм драйвера становить не менше 5 мА (вхідний резистор 1 кОм), що зроблено для хорошої помехозащищенности драйвера, а у високовольтному драйвері вхідний струм досягає 50 мА У вхідній системі драйвера, керуючого силовими напівміст, реалізована блокування від одночасного включення обох транзисторів напівмоста і витримка між їх перемиканнями, що оберігає від наскрізних струмів в силових ланцюгах перетворювача Тривалість цієї паузи («мертвий час») визначається номіналами зовнішніх настроювальних елементів (резисторів або конденсаторів, залежно від типу драйвера) Важливим є стійкість драйвера до швидкості зміни напруги При роботі перетворювача з різними типами навантажень в його силового ланцюга виникають швидкі потужні коливальні процеси, фронти яких можуть призводити до несанкціонованих включениям драйвера, а іноді і до виходу з ладу транзистора і драйвера У загальному випадку стійкість до dU / dt становить 30 кВ / мкс, а в окремих моделях драйверів і 100 кВ / мкс Застосовувані в драйверах елементи дозволяють приладам гарантовано працювати в температурному діапазоні від -60 до +100 ° С

Джерело: Бєляєв В П, Шуляк Р І, «Електронні пристрої поліграфічного обладнання», Білоруський державний Технологічний університет, Мінськ, 2011 р