Динамо-машины  Моделирование транзисторов 

1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

ц лесообразно разделить резистор Rg для включения и выключения и оптимизировать соответственно каждый из них (Rgl и Rg2). На рис.4 показаны часть выходного каскада драйвера MN1 с паразитным биполярным транзистором 0N2, затворными резисторами RG1, RG2 и силовым IGBT транзистором нижнего плеча с паразитными емкостями Сде и Сдс.

Резистор RG2 выбирается так, чтобы ток смещения, наведенный за счет dV/dt и проходящий через Сдс, не приводит к открыванию паразитного транзистора 0N2. Резистор RG1 обеспечивает необходимую скорость выключения силового транзистора и предотвращает ложное срабатывание при открывании транзистора верхнего плеча (RGKRG2).

Рассмотрим еще одну широко известную схему, при использовании которой у разработчиков возникают проблемы, сходные с проблемой защелкивания. Плата, выполненная по этой схеме, распространяется фирмой International Rectifier как демонстрационная (Demonstration Board) для применения драйвера транзистора верхнего плеча IR2125. Схема платы (она отделена пунктиром) и конфигурация, в которой она включена, приведены на рис.5. Плата содержит драйвер со схемой зарядового насоса для питания и устройством защиты от перегрузок по току. Защита срабатывает при выходе транзиаора из насыщения и настроена на напряжение Uce около бВ, что соответавует току коллектора транзиаора IRGPC50U примерно200А. Цепочка VD2, R5 служит для исключения отрицательных пиков напряжения на выводе Vs драйвера из-за паразитной индуктивности в цепи эмиттера транзистора.

Схема, приведенная на рисунке, представляет собой ШИМ регулятор напряжения. Выход компаратора СОМР управляет входом драйвера. На его инвертирующие входы подаются сигналы обратной связи с выхода регулятора и с резистора R6, измеряющего ток заряда конденсатора сглаживающего фильтра. Сигналы обратной связи сравниваются с опорным напряжением Uref. Таким образом, на нагрузке поддерживается постоянное напряжение, а зарядные токи конденсатора не приводят к срабатыванию защиты. Питание схемы производится от выпрямленного сетевого напряжения 220В. Ток, потребляемый нагрузкой R7, не превышает 10А.

Однако при включении этой схемы неоднократно наблюдались процессы, сходные с защелкиванием и приводившие к выходу из строя как драйвера, так и силового транзистора, хотя все указанные выше требования были соблюдены. Причину происходящего помогают объяснить эпюры, полученные при моделировании схемы с помощью программы PSPICE (см. рис.б). Для анализа были разработаны макромодели драйвера IR2125 и IGBT транзистора, обеспечивающие их характеристики с высокой точностью.

На нижней эпюре показан ток коллектора транзистора 1с, начиная с момента включения, когда напряжение на нагрузке нулевое. Он нарастает до величины, офаниченной обратной связью (около 80А), после чего драйвер стремится отключить силовой транзистор. Однако из-за индуктивного характера нагрузки при запирании транзистора открывается

-e.8U

S№s leeus 158US zeeus ZSeus 3e8us

x ог amp;кмичеас е способы борьбы с защепкиван ем

ди л VD4, ГОК которого в первый момент имеет такую же I личину. Прямое падение напряжения на диоде при таком

ок составляет около 5В, то есть напряжение на эмиттере 1р I зистора (Ve) в этот момент - минус 58. Между тем. по-

сициал на выходе драйвера такой же, как на выводе VS (Vvs).

-г t еличина Офаничена диодом VD2 и не превышает 0,7В. П ому транзистор оказывается приоткрыт, и ток через него ИР прекращается! Это видно из графика 1с. Транзистор выходи! из насыщений и мощность, рассеиваемая на нем (около ЗкВт) может привести к разрушению кристалла. Как правило, после выхода из строя транзистора повреждается и драйвер. Исключение из схемы диода VD2 устраняет эту проблему, однако появляется вероятность повреждения драйвера из-за отрицательных пиков Показанный процесс можно назвать схемотехнической защелкой в отличие от защелки технологической.

Современные технологии и, в частности, появление транзисторов IGBT, MOSFET нового поколения и драйверов, раскрывает перед разработчиком широчайшие возможности. Использование этих элементов в сочетании с цифровыми контроллерами позволяет строить мощные малогабаритные преобразователи, имеющие высокую надежность. Однако для реализации этих возможностей необходим строп/1Й подход к расчету, разработке схем и конструированию. Только компьютерное моделирование схем. без которого современная разработка немыслима, позволяет учесть все требования по применению новых элементов и обеспечить необходимые режимы работы.

Литература:

IR Application Notes:

1. Use Gate Charge to Design the Gate Drive Circuit for Power MOSFETs and IGBTs. AN-944

2. Application Characterization of IGBTs. INT990

3. IGBT Characteristics. AN-983

4. HV Floating MOS-Gate Driver Ics. AN-g78

5. В.В.Иванов. А.Колпаков. Применение IGBT. Электронные Компоненты, 1996. №1