9/12/2012. Budicí obvody VPS - drivers. Budicí obvody VPS - drivers obsah prezentace. Požadavky na budicí obvody VPS. Budicí obvod

Podobné dokumenty
Řídicí obvody (budiče) MOSFET a IGBT. Rozdíly v buzení bipolárních a unipolárních součástek

Spínače s tranzistory řízenými elektrickým polem. Používají součástky typu FET, IGBT resp. IGCT

Stejnosměrné měniče. přednášky výkonová elektronika

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

9/10/2012. Výkonový polovodičový měnič. Výkonový polovodičový měnič obsah prezentace. Výkonový polovodičový měnič. Konstrukce polovodičových měničů

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

GFK-1904-CZ Duben Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C. Provozní vlhkost. Skladovací vlhkost

+ U CC R C R B I C U BC I B U CE U BE I E R E I B + R B1 U C I - I B I U RB2 R B2

A1M14 SP2 Min. NULOVÉ SPÍNAČE

Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku

GFK-2005-CZ Prosinec Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Provozní teplota -25 C až +55 C. Skladovací teplota -25 C až +85 C

Zvyšující DC-DC měnič

Zdroje napětí - usměrňovače

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Základy elektrotechniky

Neřízené polovodičové prvky

ZÁSADY PARALELNÍHO A SÉRIOVÉHO ŘAZENÍ SOUČÁSTEK VE VÝKONOVÝCH OBVODECH

GFK-2004-CZ Listopad Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

Osnova přípravného studia k jednotlivé zkoušce Předmět - Elektrotechnika

zařízení prof.ing. Petr Chlebiš, CSc. Fakulta elektrotechniky a informatiky

GFK-1913-CZ Prosinec Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

Řídící a regulační obvody fázové řízení tyristorů a triaků

LC oscilátory s transformátorovou vazbou

Rezonanční řízení s regulací proudu

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

Součástky s více PN přechody

FEL ČVUT Praha. Semestrální projekt předmětu X31SCS Struktury číslicových systémů. Jan Kubín

Řízené polovodičové součástky. Výkonová elektronika

GFK-1905-CZ Duben Specifikace modulu. Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

ELEKTRONIKA. Maturitní témata 2018/ L/01 POČÍTAČOVÉ A ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY

FEKT VUT v Brně ESO / P9 / J.Boušek 1 FEKT VUT v Brně ESO / P9 / J.Boušek 2. Uzemněné hradlo - závislost na změně parametrů

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-485 se používá pro:

Témata profilové maturitní zkoušky

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Měření na unipolárním tranzistoru

Cvičení 12. Příklad výkonové aplikace. Výkonový MOSFET spínání induktivní zátěže: Měření,

Oddělovací zesilovač VariTrans P 15000

SEP2 Sensor processor. Technická dokumentace

ELN 2. ANALOGOVÉ SPÍNAČE S TRANZISTORY 1/14 2. ANALOGOVÉ SPÍNAČE S TRANZISTORY

Proudový ventil. Pro pulsní řízení AC 24 V pro elektrické výkony do 30 kw. Proudové ventily jsou konstruovány pro spínání těchto odporových zátěží:

Třísystémová lokomotiva ŠKODA 109E řada 380

Unipolární tranzistor aplikace

Impulsní regulátor ze změnou střídy ( 100 W, 0,6 99,2 % )

POZNÁMKY K ZADÁNÍ PREZENTACÍ - 17BBEO - TÉMA 2

Výkonová elektronika. Polovodičový stykač BF 9250

Flyback converter (Blokující měnič)

Průhonice 2009 Energetika. Miroslav Kocur

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření optoelektronického vazebního členu, část

OVLÁDACÍ OBVODY ELEKTRICKÝCH ZAŘÍZENÍ

VŠB-Technická univerzita Ostrava ZPĚTNÉ VLIVY POLOVODIČOVÝCH MĚNIČŮ NA NAPÁJECÍ SÍŤ

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

Kompenzační transformátory proudu Proudové senzory

VSTUPNÍ VÝSTUPNÍ ROZSAHY

VÝUKOVÝ MATERIÁL. Pro vzdělanější Šluknovsko. 32 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Bc. David Pietschmann.

Zásady návrhu a aplikace A/Č obvodů

MĚŘENÍ HRADLA 1. ZADÁNÍ: 2. POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU: 3. TEORETICKÝ ROZBOR. Poslední změna

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

REALIZACE VÝKONOVÉ ČÁSTI

ABB EJF, a.s. VAKUOVÝ VYPÍNAČ S MAGNETICKÝM POHONEM TYPU VM1

Rychlonabíječka trakčních akumulátoru s novými polovodičovými prvky

Bezkontaktní spínací moduly typu CTU Úvod: spínací rychlost až 50x za sekundu nedochází k rušení ostatních elektronických zařízení

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

ELEKTRICKÉ ZDROJE. Elektrické zdroje a soklové zásuvky

MEP POSTØELMOV, a.s. Rychlovypínaèe N - RAPID.

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. výstup

200W ATX PC POWER SUPPLY

Napájení krokových motorů

11/18/2012. Způsoby jištění VPM. Způsoby jištění VPM obsah prezentace. Proudová přetížitelnost VPM. Konstrukce polovodičových měničů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vazební člen 0, A

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Souborná zkouška z odborných elektrotechnických předmětů (elektronická zařízení, elektronika)

Univerzální vysokonapěťový oddělovací modul VariTrans P P0

MĚŘENÍ JALOVÉHO VÝKONU

Polovodičové usměrňovače a zdroje

ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY

24 V min., 480 V max. a 600 V na vyžádání 50 Hz nebo 60 Hz; v rozsahu Hz není nutné žádné nastavení

Témata profilové maturitní zkoušky

REVO M-2PH. Dvoufázová tyristorová spínací jednotka jmenovitý proud 280 A až 700 A. PMA a Company of WEST Control Solutions

9. Harmonické proudy pulzních usměrňovačů

Termostaty a hydrostaty

REVO M-2PH. Dvoufázová tyristorová spínací jednotka jmenovitý proud 60 A až 210 A. PMA a Company of WEST Control Solutions

Malý kompaktní I/O modul

Oddělovací moduly VariTrans

CP-MM. Návod k obsluze a montáži Hlásicí modul pro spínané napájecí zdroje řady CP-C

Vazební mechanismy přenosu rušivých signálů. Jiří Dřínovský UREL, FEKT, VUT v Brně

2-LC: Měření elektrických vlastností výkonových spínačů (I)

Bezpečnostní technika

ETC Embedded Technology Club setkání 6, 3B zahájení třetího ročníku

Kvazirezonanční napěťový střídač

Měření vlastností střídavého zesilovače

Experiment s FM přijímačem TDA7000

Relé zemního spojení. pro uzemněné nebo odporově uzemněné sítě

I/O modul VersaPoint. Analogový výstupní modul, 16 bitový, napětí, 1 kanál IC220ALG321. Specifikace modulu. Spotřeba. Vlastnosti. Údaje pro objednávku

FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

Bipolární tranzistory

Elektroměr elektronický

Transkript:

Budicí obvody VPS - drivers Konstrukce polovodičových měničů Budicí obvody VPS - drivers obsah prezentace požadavky na budicí obvody VPS základní požadavek na budicí obvod - galvanické oddělení budicí obvody bez galvanického oddělení budicí obvody s galvanickým oddělením popis obvodů moderních budicích obvodů způsoby řízení budicích obvodů VPS specifikace parametrů budičů ukázka komerčně vyráběných budicích obvodů Požadavky na budicí obvody VPS mikroprocesorový řídicí systém Budicí obvod VPS galvanické oddělení řídicí části měniče generování definovaného řídicího signálu kontrolní obvody ochrana buzeného prvku 1

540v 270V -270V 9/12/2012 Základní požadavek na budicí obvod VPS GALVANICKÉ ODDĚLENÍ elektrické zařízení v průmyslu musí mít řídicí obvody uzemněny Možnosti galvanického oddělení Optočlen vždy se stínicí mřížkou; optickým přijímačem musí být fotodioda nikoli fototranzistor. Garance odolnosti proti rušení vlivem du/dt pouze do 5 10kV/ms, výjimečně 15kV/ms. Impulsní transformátory méně citlivé na šum, dosahují vyšší izolační schopnosti (4kV). V budičích je takto zabezpečen přenos informace i napájecí energie. Optické vlákno u měničů vysokých výkonů (MW) a u vysokonapěťových aplikací. Budicí obvody bez galvanického oddělení Elektrická zařízení neurčená pro průmyslové užití nejsou uzemněny řídicí obvody. Je možnost neprovádět galvanické oddělení řídicích signálů od výkonové části. Obvodová zem ŘS a celého zařízení je vztažena k záporné sběrnici U d. Celý systém je obvodově značně složitý a cenovou výhodu lze získat integrací do IO, které jsou však nespolehlivé a poruchové. 2

Budicí obvody bez galvanického oddělení oddělovací dioda plovoucí kondenzátor U F U BS - DC U CEon - DC Budicí obvod s galvanickým oddělením optočlenem izolační bariéra 2kV, 5OHz (po dobu 1 min) hlavní obvod budiče: optočlen zesilovač a tvarovač koncový stupeň Kapacita optočlenu mezi vysílačem a přijímačem 1pF. Je-li tato kapacita namáhána napěťovou strmostí du/dt, protéká jí impulsní parazitní kapacitní proud: při uvažování strmosti 20kV/ms a kapacitou 1pF dosáhne proud velikost 20mA! => nutnost použití optočlenu se stínící mřížkou. Budicí obvod s galvanickým oddělením optočlenem 3

Budicí obvod s galvanickým oddělením impulsním transformátorem Izolace Input1 (vrchní) nadproud Input2 (spodní) - Vstupní paměť - Potlačení rušení krátkých pulsů - Tvarovací obvod Output1 (vrchní) GND/0V GND/0V Výkonný budič TDT2 - blokování - mrtvý čas nadproud Zátěž Error kontrola Vs kontrola chyb paměť chyb Výkonný budič Output2 (spodní) Vs Integrováno v ASIC vstup primární strana sekundární strana výstup SEMITRANS IGBT modul Popis obvodů moderních budicích obvodů OBVODY NA PRIMÁRNÍ STRANĚ BUDIČE Vstupní Schmittův klopný obvod CMOS kompatibilní; tvarovací a zesilovací obvod; aktivní v log. 0 => IGBT sepnut Blokovací obvod a generátor mrtvých časů (dead time) obvod zajišťující blokování současného sepnutí obou tranzistorů v jednom půlmůstku. t dead = 2 8µs Potlačení krátkých pulsů obvod (filtr) potlačující pulsy kratší než 500ns. Kontrola napájecího napětí nastane-li pokles napětí, budič vyhlásí Error stav a zablokuje výstupní pulsy. Kontrola chyb a paměť chyb vyhodnocovací obvod, který zpracovává chyby (podpětí, zkrat tranzistoru) a v případě, že porucha odezní a oba vstupní signály jsou nastaveny do log. 0 (na dobu větší než 9µs) je budič automaticky restartován. Popis obvodů moderních budicích obvodů PULSNÍ TRANSFORMÁTORY vysoká izolační schopnost 2,5 4kV AC vyšší šumová imunita dva PTR v budiči pro galvanické oddělení signálu (obousměrně) a napájecího napětí DC/DC měnič 4

Popis obvodů moderních budicích obvodů OBVODY NA SEKUNDÁRNÍ STRANĚ BUDIČE Výstupní blok budiče tranzistory výstupního bloku jsou typu MOSFET, které jsou odděleně připojeny na vnější výstupy budiče. To zajišťuje, že vnějšími rezistory R gon a R goff lze měnit doby zapnutí a vypnutí. Je-li IGBT zapnut na výstupu budiče je +15V, v opačném případě -7V. Popis obvodů moderních budicích obvodů OBVODY NA SEKUNDÁRNÍ STRANĚ BUDIČE Sledování napětí U CE, saturační ochrana obvod monitorující napětí U CE na IGBT během sepnutí a v sepnutém stavu. Pokud je vnitřní referenční napětí U CEref překročeno (nadproud, zkrat IGBT), tranzistor je vypnut a je generován signál ERROR. Napětí U CEref může být přizpůsobeno metodě spínání tranzistoru (pomocí RC). Popis obvodů moderních budicích obvodů OBVODY NA SEKUNDÁRNÍ STRANĚ BUDIČE Sledování napětí U CE, saturační ochrana t bl blanking time doba potlačení ochrany 5

Způsoby řízení budicích obvodů VPS Vlastnosti spínání tranzistorů MOSFET a IGBT jsou velkou měrou ovlivňovány rychlostí nabíjení vstupních kapacit tranzistoru C GE + C CG. Teoreticky je nabíjení kapacit řízeno pomocí odporu, napětí či proudu. Způsoby řízení budicích obvodů VPS Rychlost spínání je nastavována odporem R G při konstantním řídicím napětí, tak že se snižující se hodnotou R G se zkracuje spínací čas. Nevýhody: velikosti kapacit IGBT mají vlit na velikost spínacích časů a ztrát, není plná kontrola na hodnotami di/dt a du/dt. Řízení IGBT vnucením napětí na řídicí gate elektrodu eliminuje nedostatky řízení volbou odporu. Spínací rychlost tranzistoru je přímo definována hodnotou du/dt. Proudové řízení IGBT využívá pozitivní a negativní generátor proudu a definuje nabíjení gate kapacit. V praxi je proudové řízení využíváno pro řízení vypnutí v případech proudového přetížení či zkratu obvodu. Typické napěťové v GE a proudové i G charakteristiky moderního budiče VPS 6

Typické napěťové v GE a proudové i G charakteristiky moderního budiče VPS Při výpočtu požadovaného výkonu budiče potřebného pro sepnutí IGBT, hraje klíčovou roli náboj gate elektrody, který je charakterizován ekvivalentními vstupními kapacitami. C ies = C GE + C GC vstupní kapacita C oes = C GC + C CE výstupní kapacita C res = C GC zpětná převodní kapacita Millerova kapacita Charakteristiky během zapínání IGBT 7

určení vstupního náboje Q G IGBT - odečtením z charakteristiky z datalistu IGBT určení vstupního náboje Q G IGBT matematickým výpočtem (v případě, že není k dispozici charakteristika V G =f(q G )) kde kapacitní konstantu k c lze vyjádřit jako: kde Q G(ds) a C ies jsou hodnoty z datalistu IGBT a V G(on) a V G(off) jsou zapínací a vypínací řídicí napětí IGBT potom pro Q G platí: určení výstupního výkonu budiče substituce výkon budiče pro jeden kanál bude: pro zjednodušený výpočet s využitím kapacity C ies lze použít: 8

proud řídicí (gate) elektrodou klíčový požadavek na IGBT budič je dostatečný proud pro nabití vstupních kapacit IGBT, tak aby bylo zaručeno jeho zapnutí a vypnutí. Náboj řídicí elektrody je definován kde celková kapacita řídicí elektrody je substituce potom pro zjednodušený výpočet s využitím kapacity C ies lze použít: špičkový proud řídicí (gate) elektrodou velikost gate proudu závisí va hodnotách odporů R G(on) a R G(off). Při výpočtu dle následujícího vzorce je nutné počítat ještě s odporem R G(int). Reální hodnota proudu bude ve skutečnosti vlivem indukčností nižší. Výběr vhodného budiče Budič musí poskytnout potřebný gate proud (výstupní výkon, výstupní proud). Maximální střední hodnota výstupního proudu budiče musí být vyšší než vypočtená hodnota. Maximální špičkový gate proud budiče musí být větší nebo roven vypočtenému špičkovému proudu. Výstupní kapacita budiče musí být schopna dodat náboj potřebný k nabití kapacit IGBT. V datalistu budičů Semikron je udáno maximální nabití na jeden puls. Z ostatních parametrů je důležitá hodnota izolačního napětí a du/dt. 9

Integrované budicí obvody bez galvanického oddělení Budicí obvody VPS s galvanickým oddělením a proudovou ochranou Budicí obvody VPS s galvanickým oddělením a proudovou ochranou 10

Budicí obvody VPS s galvanickým oddělením a proudovou ochranou Budicí obvody VPS s galvanickým oddělením a proudovou ochranou IR zobrazení budiče Budicí obvody VPS s galvanickým oddělením a proudovou ochranou 11

Budicí obvody VPS s galvanickým oddělením a proudovou ochranou Reference Vondrášek, F.: Výkonová elektronika svazek 6, Projektování výkonových polovodičových měničů vybrané stati, ZČU Plzeň 2008 Wintrich, A.: Application Manual Power Semiconductors, SEMIKRON International GmbH 2010 Vorel, P., Patočka, M.:Budiče výkonových tranzistorů MOSFET a IGBT, VUT Brno 2004. http://www.elektrorevue.cz/clanky/04030/index.html Vaculík, P.: Střídač hlavního pohonu elektromobilu s vodním chlazením, diplomová práce, VŠB-TU Ostrava 2007 SEMIKRON: Application Note IGBT Driver Calculation AN-7004 http://www.igbt-driver.com/ CT-Concept Technologie AG http://www.irf.com/ www.semikron.com www.powerguru.org www.mitsubishichips.com děkuji za pozornost Konstrukce polovodičových měničů 12