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基于IR2130控制器模块的功率MOSFET逆变器保护电路

发布者:互联网
来源:admin 日期:2019-02-12 10:04 浏览()
功率场效应晶体管
MOSFET)是一种二次不间断多操作单极性电压控制器件,具有开关速度快,高频性能,高输入阻抗,低噪声,小驱动力,宽动态范围。安全工作区(SOA)等越来越多地应用于高性能开关电源,开关电源和各种变频交流电源的电机控制中。
然而,与绝缘栅双极晶体管IGBT和高功率双极晶体管GTR相比,MOSFET具有较弱的承受短暂过载时间的能力,因此其实际应用受到限制。
在MOSFET功率管的好处起着可靠合理的导电性和保护电路设计一个非常重要的作用,也最大化的前提条件有效使用MOSFET的,这将是关键。
在本文中,我们将以IR2130控制器模块为核心,设计功率MOSFET驱动保护电路和无刷直流电机控制系统的应用。它还描述了电路各部分的设计要求。
这种设计大大提高了系统电源部分的可靠性。
1设计功率场效应管功率MOSFET保护电路,但有其自身的优势,尤其是MOSFET管高频应用,因为能力弱承受短时过载,为MOSFET提供合理的保护电源设计必须有一个电路来提高设备的可靠性。
功率MOSFET保护电路主要具有以下特性。
Di / dt太高:由于使用了控制器芯片,其输出阻抗很低,直接传输功率管可以使单元的功率管快速打开/关闭。功率管的漏极和源极之间的电压波动,或者是可能的。功率管易受过量di / dt的影响,导致传导失效。
为了避免上述现象,通常在MOS控制器的输出和MOS晶体管的栅极之间串联连接电阻器,并且其电阻尺寸通常选自数十欧姆。
2)避免门和电源之间的过电压。
由于栅极和源极的高阻抗,如果漏极和源极之间的电压突然改变,则从栅极到源极的电压峰值通过电极之间的耦合变得相对高。它导致栅极的非常薄的氧化层,同时栅极容易断裂并且栅极的氧化层分解。因此,电压调节器与MOS晶体管的栅极并联连接,以将栅极电压限制在稳压器的电压调节值以下,并且保护MOS晶体管不受保护。MOS晶体管的栅极的推导是释放栅极的负载并防止负载累积。
3)防止漏源过电压。
VDS漏极源的击穿电压通常很高,但如果漏极源没有保护电路,由于器件的瞬时开关电流的突然变化,也可能产生漏极峰值。以这种方式给出MOS晶体管并且功率晶体管更快地改变。
通常使用诸如齐纳二极管钳位和RC阻尼电路的保护措施来防止器件损坏。
如果电流过高或发生短路,功率MOSFET的漏 - 源电流会迅速增加并超过标称值。电流采样保护电路被添加到主电路,因为器件会烧坏,除非功率MOSFET在过流限制指定的时间内关闭。当电流达到一定值时,保护电路关闭以保护MOSFET管。
图1显示了MOSFET保护电路。清楚地理解保护电路的功能。图1供电路径保护电路2 MOSFET功率逆变器电路设计电源场效应晶体管栅极驱动电路主要需要如下。1)门脉冲生成的门必须有足够的上升和下降速度。脉冲之前和之后的边缘是突出的。2)当栅极电容器导通时,用低电阻充电或负载低电阻放电回路。为了提高功率MOSFET的开关速度,关断时栅极。3)门驱动脉冲必须具有足够的宽度和宽度,以可靠地导通MOSFET。4)MOSFET功率开关所需的启动电流是栅极电容器的充电/放电电流。为了使开关的波形具有足够的倾斜度和倾斜度,启动电流很大。
MOSFET功率管导通中MOSFET控制器的功耗主要涉及三个方面。1)MOSFET栅极的容性负载放电的功耗如下。Pc = CG×F×V 2 DD(1)其中:CG是MOSFET栅极的电容,VDD是MOSFET控制器的电源电压。F是开关频率。
2)MOSFET控制器吸收静态电流的功耗如下。PQ =(IQH×D + IQL(1-D))×VDD(2)其中IQH是高输入状态下的静态电流。控制器; D是开关波形的工作循环。IQL是控制器低输入状态的静态电流。
3)由MOSFET控制器的分频器的驱动电流引起的功耗如下。PS = CC×F×VDD(3)其中CC是交叉常数。
从上式可以推断,在非常高的开关频率下,三个部分功耗的栅极容性负载和放电功耗占MOSFET控制器功耗的最大比例。它很低。
同时,根据公式降低门单元电压可以显着降低控制器的功耗。在本申请中,MOS管控制器和MOS管主要根据功率MOS管的通电/断电速度,即栅极电压的上升时间和下降时间进行组合。增加/减少MOS晶体管的栅极电容速度。
MOS晶体管的栅极电容的导通/截止时间与MOS晶体管控制部分的激活电流之间的关系可以表示为T =(V×C)/ I(4)。打开和关闭。V是MOS晶体管的栅极和源极之间的电压,C是栅极电容,I是控制器的最大驱动电流。
根据栅极电压和栅极电容的乘积作为栅极电容,上述等式可以转换为T = Q / I.
在本设计中,功率MOSFET采用MOSFET IR功率芯片IRF 3710 S,可以从该数据手册中获得MOSFET栅极的负载。
nC,开/关时间为106 ns,获得逆变器的最大电流,逆变器的电压为12。
V,设计控制器芯片使用IR IR2130控制器模块。这可用于控制600以下的主电压。
电路V中的功率MOS栅极器件可产生250mA的最大最大正向电流,10至20V的输出电压和500的最大反向电流。
毫安。
其内部设计可以防止过流,过压和欠压,阻塞和显示网络,保护用户可以方便操作的MOS门电源管,并熟练使用内部启动器技术我会的。它还为同一桥臂上方和下方的两个功率器件的门激活信号产生2μs的互锁延迟时间。
它具有广泛的工作电压和电源电压(3至20)V),它还设计有与流过接收和供电设备的电流线性相关的电流放大器,电路设计内部也是高电平和保证侧控制器的三个内部通道可以单独使用,只能使用三个低压内部控制器,输入信号与TTL和COMS电平兼容。
IR2130引脚如图2所示。
图2引脚2130图2 HIN 1?HIN 3,LIN 1?LIN 3:变频器上臂驱动器和下臂功率管的信号输入端子为低。
CA-,CAO,VSO:内部放大器的逆变器端子,输出端子和非逆变器端子检测主电路电流。
ITRIP:过流信号检测输入。它可用于输入电流信号以完成过流保护或步进步骤。
故障:过流,短路,过压,欠压保护输出。该端子表示防止故障。
它是碎片中的开放式排水管,活跃在低水平。
VB1?VB3:浮动电源连接引脚。通过启动电容和高速恢复二极管为三个上部电源管的驱动器提供内部浮动电源。快速恢复二极管的功能是防止总线电压损坏器件。VS1?VS3这是浮动电源的相应接地。
HO1?HO3,LO1?LO3:上下变频器臂电源开关的设备驱动器的信号输出端子在实际使用中IR2130设计也有一些不合理的要点。
1)IR2130的故障输出仅为1通道。实际上很难判断它是过流故障还是低压故障。特别是当接通电源时,需要将控制电源从0升高到特定值。在此处理中,当故障输出由于IR 2130的低内部电压而工作时,当其用作用于操作前级保护电路的过电流信号时,前级的保护电路具有自阻断功能有,电路可能无法启动。
2)由于IR2130的电流检测输入直接连接到主电路,因此容易产生干扰并停止或使系统异常。因此,必须使用无感电阻器作为电流检测电阻器。
3)由于IR2130采用非绝缘驱动系统,当主电路电源单元损坏时,高压直接连接到IR 2130,可能导致永久性损坏。在严重的情况下,IR2130的前级电路也会分解。
4)当IR2130输入信号来自微处理器时,需要隔离。由于IR2130具有高侧控制功能,因此可以通过使用通用光耦合器来降低成本。
3应用示例永磁无刷直流电动机是采用高性能永磁材料开发,电动机控制技术,电力电子技术开发的新型电动机。它具有交流电机结构简单,运行可靠,维护方便,使用寿命长等优点,直流电机效率高,励磁损失性能好,调速性能好等优点。它具有输出密度,低速和高扭矩。
它的使用正在迅速从早期的军事工业扩展到航空航天,医疗,信息,消费电子和工业自动化行业。
图3是包括IR 2130的无刷DC电机的操作原理的示意图。只显示桥臂的一个臂的电路图很方便。IR2130的输入信号控制MOSFET开关,激活无刷直流电机。C1是启动电容器,其在由上臂功率管驱动的浮动电源中累积能量。D1的功能是确保上臂打开时总线电压不会返回IR2130电源。串联满足主电路功率开关频率的要求。D1必须选择快速恢复二极管。
R1,R2,R10,R11,R12,C4构成过电流检测电路。
R 5和R 6是栅极驱动电阻,D 4和D 5为功率管提供低阻抗放电回路,允许功率管快速放电。图3无刷直流电机的初始视图电阻和齐纳二极管并联连接在功率FET的栅极和源极之间。电阻器的功能是降低门和电源之间的阻抗。齐纳二极管的功能是防止栅极和源极之间的电压穿透馈电管。
同时,RC电路和齐纳二极管并联连接在功率FET的漏极和源极之间。该装置的开关电流突然变化,由于漏极电压的峰值时,则必须添加RC阻尼电路和一对齐纳二极管。
在实际应用中,栅极工作波形如图4所示。该波形是3000RPM的发动机工作波形。您可以验证波形是否完全满足要求,并且短路测试和电机块测试同时运行。
波形4结论MOSFET功率逆变器的保护电路的图4的速度控制器的设计可以直接从系统确定驱动器的质量的致动器。
在该文献中,针对微型电动机单元的特定保护系统计算和分析定向动力单元的保护电路。
实验有电路的简单可靠的设计,和驱动所述保护效果好,这表明它可以充分满足用于致动器的控制系统的驱动要求。