УПРАВЛЕНИЕ СИЛОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ КЛЮЧАМИ

УПРАВЛЕНИЕ СИЛОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ КЛЮЧАМИ

Основные типы формирователей импульсов управления

Часть системы управления преобразователем, которая формирует логику входных сигналов силовых ключей, а затем их усиливает до требуемых уровней тока и напряжения, называется формирователем импульсов управления (ФИУ).

В ФИУ различают информационно-логическую часть (ИЛЧ) и усилитель управляющих импульсов (УИ).

Источником помех для системы управления является силовая часть преобразователя и усилительный блок ФИУ. Что, создает проблемы в надежности функционирования системы управления и может явиться причиной отказов в ее работе.

Мостовая схема, в которой блок управления имеет непосредственную связь с силовой шиной преобразователя (рис.2.6).При отпирании нижнего ключа (1) на шине силового тока наводится напряжение помехи Ldi/dt, обусловленное паразитной индуктивностью. При этом потенциалы указанных на схеме точек изменяются: фа >фв >фс. Это вызывает следующие проблемы:

Рис. 2.6

1. Так как фа >фв, включение ключа (1) будет происходить с большей задержкой.

2. Так как фс < фв, входное напряжение на закрытом ключе (2) возрастает;

3. Так как фа > фс по общей шине системы управления протекает паразитный ток обратной связи, который увеличивается с ростом силового тока и паразитной индуктивности. Это приводит к сбоям в системе управления (в ИЛЧ).

Поэтому в мощных преобразователях осуществляют потенциальную развязку между силовой и управляющей частью.

2/ Дополнительной причиной разделения силовых и управляющих цепей является “проблема управления ключами верхнего уровня”, которые не имеют непосредственной связи с общей шиной силовой схемы.

По принципу построения потенциальной развязки ФИУ делятся: (рис. 2.7):

1. ФИУ, использующие передачу импульса управления за счет трансформатора. ФИУ первой группы делятся на схемы, использующие трансформатор напряжения или тока.

2. ФИУ, использующие раздельную передачу энергии и информационного сигнала, определяющего длительность и фазу импульса.

Он классифицируются по типу потенциальной развязки информационной составляющей и способу передачи энергии к схеме усилителя.

Развязка в информационном канале осуществляется либо при помощи высокочастотного трансформатора, либо с использованием оптронов. При высоких напряжениях преобразователя вместо оптронов используют оптоволоконные системы передачи сигналов. Энергия к схеме усилителя подводится либо от питающей сети с помощью низкочастотного трансформатора, либо от изолированного источника постоянного тока, либо схема изолированного источника питания использует энергию из выходной цепи силового ключа (рис. 2.8).

Драйверы для мощных ключей представляют ФИУ с разделением функций импульсов управления и информации по мощности. Драйверы изготавливаются для отдельных ключей и для схем мостовой конфигурации для раздельного управления ключами верхнего и нижнего уровня. Драйверы бывают со встроенными схемами оптронной и высокочастотной трансформаторной изоляции цепей или внешним подключением схем развязки.

Формирователи импульсов управления с совместной передачей энергии и

Формы управляющего сигнала

Формирователи импульсов управления с раздельной передачей питания и информационного сигнала

Основные варианты данных ФИУ были уже представлены в разделе 2.2. (см. рис. 2.8).

При рассмотрении структуры формирователей можно выделить три основные части:

1. Схема потенциальной развязки информационного канала.

2. Схема усилителя импульсов управления.

3. Схема обеспечения усилителя питанием.

Рассмотрим практические схемы.

Драйверы тиристоров

Особенности драйверов тиристоров рассмотрим на примере запираемого ключа GTO, как наиболее применяемого. Предельная переключаемая мощность двухоперационного тиристора достигается, когда правильно задан режим его работы, как по анодной цепи, так и по цепи управления [3]. Параметры управления обеспечивает драйвер на рис. 2.45.

Сигнал от информационной цепи преобразуется в узле согласования и поступает в выходной блок драйвера, который формирует импульс управления на включение и выключение. Схема, формирующая импульс отпирания, обеспечивает входной импульс тока с необходимой амплитудой и фронтом нарастания (I_G > 1 A; t_R < 200 нс).

Рис. 2.45

Требования к схеме запирающего сигнала:

1. Должна вырабатывать большую амплитуду тока выключения, определяемую током нагрузки и коэффициентом запирания ключа. Для мощных GTO ток выключения достигает нескольких сотен ампер. Используют параллельную сборку мощных МДП-транзисторов с малой величиной сопротивления открытого канала.

2. Для выключения GTO источник запирающего напряжения должен иметь внутреннее сопротивление меньше входного сопротивления силового ключа, которое перед выключением составляет 0.02...0.2 Ом.

3. Канал запирания должен вырабатывать на завершающем этапе выключения обратное напряжение смещения, близкое к пробивному напряжению катодного перехода GTO, которое составляет 10... 15 В.

4. Для увеличения стойкости тиристора к скачкам анодного напряжения в закрытом состоянии необходимо обеспечить отрицательное смещение (-2.5...-5 В).

Типовая форма запирающего тока показана на рис. 2.46, а.

Для тиристоров на токи до 200 А выходные узлы драйверов имеют простую структуру и с дополнительными элементами подключения (рис. 2.46, б) обеспечивают надежную работу ключей.

а б

Рис. 2.46

Источники питания драйверов

По числу источников питания драйверы можно разделить на две группы:

1. С двумя источниками питания, один из которых предназначен для импульса отпирания, другой соответственно для импульса запирания.

2. С одним источником питания для отпирания силового ключа. Обеспечение энергией канала запирания осуществляется за счет накопителя энергии (емкости) и за счет использования мостовой схемы выходного узла драйвера. Режимы питания драйверов показаны на рис.2.47.

Энергоснабжение источников обеспечивается:

1. Применением батареи гальванических элементов.

2. Преобразование электроэнергии от сети переменного тока или от источников постоянного тока.

3. Преобразование электроэнергии из выходной цепи силового ключа. Примеры реализации источников питания драйверов [3]. На рис. 2.48 представлены схемы на основе низкочастотных трансформаторов, преобразующих энергию переменной сети. В схемах осуществляется параметрическая стабилизация источника питания для канала запирающего тока. Требованием к данным источникам является сохранение напряжения в допустимых параметрах при изменении напряжения питающей цепи.

а б

Рис. 2.47

Рис. 2.48

На рис. 2.49 показаны варианты подключения рассмотренных в разделе 2.4.2 драйверов к входным цепям силовых ключей при данном способе организации питания.

Недостатком источников питания является: невысокая стабильность; - повышенные массогабаритные показатели (трансформатор).

Для организации раздельного питания в драйверах многофазных преобразователей используют импульсные методы регулирования постоянного напряжения на основе обратноходовых схем. рис. 2.50.

При открытом состоянии ключа в обмотках импульсного трансформатора накапливается энергия, которая затем при закрывании ключа передается в нагрузку. Для сглаживания выходного напряжения используется емкостной фильтр. Импульсный трансформатор обеспечивает необходимую развязку, а также получение выходного напряжения требуемой амплитуды и полярности. Для стабилизации выходного напряжения используется импульсный метод регулирования как длительности открытого состояния ключа (ШИР), так и частоты (ЧИР). Недостатком схемы является невозможность работы в режиме холостого хода.

Рис. 2.49

Рис. 2.50

Рис. 2.51

УПРАВЛЕНИЕ СИЛОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ КЛЮЧАМИ

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: