Силовая электроника для любителей и профессионалов
Силовая Электроника
Теория
Практика
Технологии
Альтернативная энергетика
Энергия из окружающего пространства
Разное
Хобби
Не электроникой единой...
FAQ - ответы на вопросы

Моделирование  >>  Модели модулей

Модели модулей, описанных на этом сайте

 

Трансформаторный драйвер силовых ключей с отрицательным смещением на затворе управляемого транзистора  

Файл модели: DriverSCH.asc

Рисунок:

 

Но в "чистом" виде использовать эту модель нельзя. Для того, чтобы наблюдать протекающие в ней процессы, она должна быть включена в состав какой-нибудь схемы. 
Тестовая схема для изучения трансформаторного драйвера приведена ниже:

 Файл модели: DriverTest.asc 

Рисунок:

 

В верхней части схемы расположен источник импульсов, подаваемых на первичную обмотку L3 разделительного трансформатора, заданного коэффициентом связи K1. Его вторичная обмотка L1 подключена ко входу драйвера. В модели трансформатора L4 - индуктивность рассеивания, L10 - индуктивность намагничивания. Трансформатор намотан на ферритовом кольце М2000НМ К20х12х6. Коэффициент трансформации равен квадратному корню из отношения индуктивностей вторичной и первичной обмоток: Ктр = √ (170/100) = 1,3. Реально для работы на частоте 40 КГц первичная обмотка имеет 24 витка проводом ПЭТ-155 - 0,56, вторичная - 30 витков проводом МГТФ-0,12.
Выход драйвера нагружен на затвор транзистора IGBT с индуктивной нагрузкой. 
Общей точкой схемы модели служит вывод истока транзистора. 
 

Осциллограммы сигналов, если особо не оговорено, показаны в установившемся режиме. 
Осциллограмма сигнала с трансформатора на входе драйвера (между выводами IN1, IN2):

Следует обратить внимание на то, что, из-за спада вершины импульса, уровень сигнала в начале импульса выше нуля. При более коротких импульсах спад будет меньше и, соответственно, смещение уровня сигнала тоже меньше.
 
Осциллограмма сигнала на входе IN1 (относительно общей точки):

Амплитуда сигнала на входе IN1 меньше, чем на выводах обмотки, на величину напряжения стабилитрона U1. На эту же величину уменьшается напряжение смещения нуля в начале импульса. Это первый плюс драйвера с отрицательным смещением напряжения на затворе транзистора.

Осциллограмма сигнала на входе IN2 (и на конденсаторе C1, относительно общей точки), показана красным цветом. Зелёным цветом показан ток в резисторе R5 (и, соответственно, в затворе IGBT-транзистора) :

На осциллограмме видно, что  конденсатор С1 в начале импульса заряжается током заряда затвора IGBT-транзистора (протекающим из обмотки L1 трансформатора по цепи: IN1-VD1-R2-VD2-R5-затвор-исток-C1-IN2), а в конце импульса разряжается на ту же величину (через транзистор Q1 по цепи: IN2-C1-исток-затвор-R5-Q1-IN2). Величина заряда, который получает (или отдаёт) конденсатор C1 равна величине заряда, которую получает (или отдаёт) ёмкость затвора IGBT-транзистора. Отсюда следует, что с увеличением ёмкости конденсатора C1 скачок напряжения на нём будет уменьшаться. 
Если бы не было цепи: R3-VD3, напряжение на входе IN2 изменялось бы относительно нуля. Наличие указанной цепи с каждым импульсом добавляет заряд в конденсатор C1 до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет величины пробоя стабилитрона U1, включённого параллельно конденсатору C1.  Это можно наблюдать, если посмотреть осциллограмму напряжения в точке IN1 не в установившемся режиме, а с момента включения:

Для надёжного закрывания IGBT-транзистора и его помехоустойчивости важным является то, что после разряда конденсатора C1 напряжение на нём остаётся отрицательным, потому, что потенциал его затвора после закрывания становится равным потенциалу в точке IN1. Ниже приведены осциллограммы напряжения на затворе IGBT-транзистора (синего цвета) совместно с осциллограммой напряжения в точке IN1 (красного цвета):

На осциллограмме видно, что напряжение на затворе IGBT-транзистора после его выключения становится отрицательным относительно истока (общая точка) и остаётся таким до окончания цикла. Это второй плюс драйвера с отрицательным смещением напряжения на затворе транзистора.
И третий плюс, имеющий значение при использовании этого драйвера в симметричных (мостовых и полумостовых) схемах. В отличие от похожих схем трансформаторного драйвера с транзистором, например, известной схемы от "COLT", резистор R1 соединён не с коллектором транзистора Q1, а со входом IN1. Это приводит к тому, что во время прохождения отрицательного импульса, когда открывается IGBT-транзистор второго плеча симметричной схемы, транзистор Q1 открывается и затвор  IGBT-транзистора в рассматриваемом плече оказывается соединённым с выводом IN2 через низкоомный резистор R5. Это существенно снижает помеху на его затворе, наводимую через ёмкость затвор-сток при изменении напряжения на стоке.

^ ^ ^

Модуль электропитания 13,5 В х 1 А + 18 В х 1 А 

Файл модели: Modpitreal.asc

Рисунок:

График установления выходных напряжений при включении:

Следует обратить внимание на тот факт, что при включении электропитания выходные напряжения достигают значений 20В по выходу 18 В, и 15 В по выходу 13,5 В. Аналогичные колебания могут возникать при резком изменении нагрузки. Промоделировать любую интересующую ситуяцию, можно, воспользовавшись моделью. 

^ ^ ^

Силовая Электроника  |  Теория  |  Практика  |  Моделирование  |  Технологии  |  Альтернативная энергетика  |   Энергия из окружающего пространства  |  Разное  |  Хобби  |  Не электроникой единой...  |  FAQ - ответы на вопросы