Основные функциональные узлы систем управления

Формирователи импульсов управления предназначены для преобразования информационного сигнала управления в сигнал с параметрами, необходимыми для гарантированного включения и выключения полупроводникового ключа. Помимо требований к мощности сигнала управления, часто предъявляются требования к форме сигнала, поэтому иногда ФИУ называют усилителем-формирователем импульсов управления. Схемотехника ФИУ в первую очередь зависит от типа управляемого прибора и его статических и динамических свойств.

Формирователи импульсов управления транзисторами

Управление биполярными транзисторами.

Основными требованиями, предъявляемыми к ключу на биполярном транзисторе, являются гарантированное насыщение транзистора током базы, обеспечивающее беспре-

Идеальные формы тока и напряжения для управления биполярным транзистором

Рис. 2.5. Идеальные формы тока и напряжения для управления биполярным транзистором

пятственное протекание тока коллектора в период, когда транзистор должен быть включен, и минимизация тока утечки в то время, когда транзистор должен быть выключен. Идеальные формы базового тока iB и напряжения база-эмиттер иПЕ для биполярного транзистора представлены на рис. 2.5. При реализации такого импульса необходимо учитывать, что биполярный транзистор включается током, поэтому его ток базы должен создаваться источником тока, а не источником напряжения. Требования к сигналу управления определяются быстродействием ключа (рабочая частота коммутаций) и величиной потерь мощности в нем. Простейшая схема ФИУ биполярного транзистора показана на рис. 2.6, а. В схеме представлен усилительный каскад с двумя дополнительными транзисторами для увеличения маломощного сигнала микросхемы до необходимой величины. Там же изображен источник отрицательного напряжения для создания в моменты паузы (когда ключ выключен) отрицательного смещения. Для уменьшения потребляемой ФИУ мощности применяют парные (комплементарные) транзисторы (VT2, V73), работающие попеременно (рис. 2.6, б). Когда импульс управления отсутствует (t/v = 0), транзистор VT4 открыт, и через его коллектор протекает отпирающий ток базы VT2. Силовой транзистор VT1 в свою очередь открывается током эмиттера транзистора VT1. Транзистор VT3 при этом заперт, так как его эмиттер имеет отрицательный потенциал относительно базы. Конденсатор С1 заряжается током базы силового транзисто-

ФИУ биполярного транзистора

Рис. 2.6. ФИУ биполярного транзистора:

а — усилительный каскад; б — схема на комплементарных транзисторах ра, обеспечивая бросок тока для его более быстрого включения. В момент поступления импульса от микросхемы управления транзисторы VT4 и VT2 закрываются, а транзистор VT3 включается напряжением конденсатора С1, который, разряжаясь, обеспечивает запирающий базовый ток силового транзистора. Для поддержания биполярного транзистора в заданном режиме насыщения в широком диапазоне изменения токов нагрузки могут быть эффективно использованы драйверы, обеспечивающие пропорциональную связь токов базы и нагрузки через обратную трансформаторную связь между токами коллектора и базы. Такая связь увеличивает или уменьшает ток базы в зависимости от величины тока нагрузки, что позволяет сохранять глубину насыщения транзистора на оптимальном уровне.

Управление МОП-транзисторами и IGBT. Особенности ФИУ для управления полевым транзистором связаны, во-первых, с тем, что при постоянном напряжении затвор-исток (uGS) через затвор протекает незначительный ток (порядка нескольких наноампер), во-вторых, на процессы включения и выключения значительное влияние оказывает входная емкость транзистора, скорость перезаряда которой определяет время включения и выключения транзистора. Управление IGBTаналогично управлению МОП-транзистором, так как эти приборы имеют сходные физические принципы управления. Этими транзисторами можно управлять с помощью выходного сигнала микросхемы напряжением 5—15 В и током менее 10 мА (рис. 2.7, а). Для управления мощными транзисторами применяют усилители, схема которых соответствует схеме двухтактного эмиттерного повторителя на парных биполярных транзисторах (рис. 2.7,6). В этой схеме комплементарные биполярные транзисторы VT2 и VT3 в активном режиме работы выполняют функцию источников тока для более быстрого перезаряда собственной входной емкости управляемого транзистора VT.

ФИУ полевого транзистора и IGBT

Рис. 2.7. ФИУ полевого транзистора и IGBT:

а — схема управления на основе интегральной микросхемы; б — схема с использованием двухтактного эмиттерного повторителя

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >