Соединитель привода интеллектуальных ворот: комплексная защита IGBT в инверторах

Соединители привода интеллектуальных ворот (SGD)являются ключевыми компонентами для защиты силовых устройств, особенно биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), от повреждения из-за перегрузки по току. В этой статье представлена ​​информация об эксплуатационном проектировании SGD, особенно моделей Toshiba TLP5214A/TLP5214/TLP5212/TLP5222, которые известны своей функцией обнаружения VCE(sat), функцией ограничения Миллера и функцией вывода FAULT.

1. Сравнение соединителей SGD.

Различные модели муфт SGD различаются по рабочим параметрам, и эти различия имеют решающее значение для выбора правильного продукта. Например, пиковый выходной ток моделей TLP5214A/TLP5214 составляет ±4,0А, а моделей TLP5212/TLP5222 — ±2,5А. Ток питания и напряжение питания также являются важными факторами: максимальные значения этих параметров составляют 3,8 мА, 3,5 мА и 5 мА и от 15 В до 30 В соответственно. Пороговый входной ток и порог DESAT также являются ключом к различению различных моделей: максимальное значение составляет 6 мА, а типичное значение — от 6,5 В до 6,6 В. Кроме того, задержка распространения, то есть максимальное время задержки сигнала от входа к выходу, составляет от 150 нс до 250 нс. Как показано на рисунке 1.1.

2. Характеристики защиты

Защитными характеристиками соединителя SGD являются его основные функции, включая функцию UVLO (блокировка при пониженном напряжении), обнаружение VCE(sat), активное ограничение Миллера и систему вывода ошибок. Функция UVLO гарантирует отсутствие случайных выходных сигналов, когда напряжение питания ниже порогового значения, а функция обнаружения VCE(sat) контролирует напряжение коллектор-эмиттер IGBT и прекращает работу для защиты устройства при обнаружении перегрузки по току. . Активный зажим Миллера снижает потенциальный рост между затвором и коллектором IGBT, в то время как система вывода неисправности выдает сигнал неисправности на главную сторону управления при обнаружении неисправности. Перегрузка показана на рисунке 1.2.

3. Дизайн приложения

При разработке приложения необходимо учитывать множество параметров, включая сопротивление затвора, время гашения, контроль короткого замыкания и нагрузочный резистор для сигнала неисправности на главной стороне. Установка и регулировка времени гашения может осуществляться с помощью внешнего гашения конденсатора или схемы для регулировки времени последовательности обнаружения напряжения. Внешняя схема гашения (RB) использует внешний резистор для увеличения зарядного тока гасящего конденсатора и обеспечения эффективности функции защиты во время короткого замыкания. Пороговое напряжение обнаружения короткого замыкания IGBT можно регулировать путем добавления диода или стабилитрона. Анализ емкости затвора, сопротивления затвора и задержки распространения показывает влияние этих параметров на задержку распространения. На время плавного выключения влияют емкость затвора и выходное напряжение питания, а правильное обращение с развязывающими конденсаторами и резервными клеммами позволяет избежать сбоев. Защита клеммы DESAT от скачков напряжения при включении IGBT может быть достигнута путем добавления стабилитрона или диода Шоттки между клеммами DESAT и VE. В случае недостаточного тока управления затвором можно добавить буферный транзистор. Формирование формы сигнала светодиода особенно важно, когда расстояние между соединителем SGD и ЦП велико, а форму входного сигнала можно сформировать с помощью буфера гистерезиса. Наконец, для вывода сигнала неисправности необходим подтягивающий резистор RF сигнала неисправности на главной стороне.

4. Ключевые аспекты проектирования

При проектировании соединителя SGD ключевыми факторами, которые следует учитывать, являются сопротивление затвора, разделение схемы возбуждения от силового устройства, диод в цепи начальной загрузки и сопротивление затвор-эмиттер. Вместе эти факторы влияют на задержку распространения, максимальное значение которой составляет от 150 до 250 нс.