СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 40 WWW.SOEL.RU В ВЕДЕНИЕ Драйвер мощного ключевого тран зистора представляет собой импульс ный усилитель мощности сигналов управления затвором транзистора, формируемых блоком управления ключевого преобразователя (БУ). В случае использования ключевого МОП /IGBT транзистора в составе относительно маломощного ключе вого преобразователя с широтно им пульсной модуляцией (источника пи тания) драйвер в виде отдельного уст ройства, как правило, не требуется, так как содержится в составе интег рального ШИМ контроллера в виде мощного выходного каскада микрос хемы. Типичные значения втекающе го/вытекающего тока выходных кас кадов интегральных ШИМ контрол леров составляют 0,1…1 А. Этого недостаточно для управления мощны ми ключевыми транзисторами, для которых характерна большая входная ёмкость C ЗИ , и, тем более, для управле ния группой параллельно включён ных транзисторов. Схемотехнике драйверов, методике расчёта, особенностям применения и принципам действия посвящено боль шое число публикаций [1–3]. Реко мендации по управлению мощными МОП/IGBT транзисторами и примене ниюразличных типов драйверов мож но найти на интернет страницах прак тически всех производителей как собственно транзисторов, так и драй веров в интегральном исполнении. Цель настоящей статьи – обзор прак тической реализации драйверов мощ ных ключевых транзисторов на при мерах серийных устройств силовой преобразовательной техники. В каче стве таких устройств мы рассмотрим силовуючасть сварочных инверторов промышленного производства. В на стоящее время типичный инвертор СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 Практика применения в сварочных инверторах драйверов мощных МОП и IGBT транзисторов Сергей Петров (Красноярск) В статье рассматривается практическая схемотехника драйверов мощных МОП и IGBT транзисторов на примерах промышленных изделий – сварочных инверторов различных производителей. Обсуждаются сравнительные достоинства и недостатки различных типов драйверов. этом, что при управлении транзисто рами с максимальным коммутируе мым током до 100 А отрицательное смещение затвора, как правило, не применяется из соображений эконо мии [4]. Благодаря постоянному развитию технологии производства МОП и IGBT транзисторов и значительному улучшению их характеристик, веду щие фирмы – производители силовых полупроводниковых приборов пола гают, что современные ключевые транзисторы надёжно запираются при подаче на затвор нулевого потен циала относительно истока/эмиттера и нет необходимости использовать отрицательное запирающее напряже ние [4, 5]. Следует отметить, что выбор схемо техники драйвера и режима переклю чения ключевого транзистора зависит и от топологии силовой части преоб разователя. Если в двухтактных пре образователях включение одного из транзисторов «стойки» может спро воцировать несанкционированное включение другого транзистора той же «стойки» из за наличия у транзис торов ёмкостиМиллера, то в однотакт ных преобразователях такой сцена рий взаимного влияния отсутствует и целесообразность применения отри цательного запирающего напряжения назатворе менее очевидна. Это обсто ятельство является одним из неболь ших преимуществ однотактных пре образователей по сравнению с двух тактными. Выбор значения положительного отпирающего напряжения также име ет свои особенности. Величина поро гового напряжения современных МОП и IGBT транзисторов обычно составляет 3…6 В, и при напряжении на затворе 12…15 В транзистор практи чески полностьюоткрыт. Вольтампер ные характеристики показывают, что дальнейшее увеличение напряжения на затворе незначительно снижает напряжение насыщения IGBT тран зистора и сопротивление каналаМОП транзистора, поэтому использование отпирающего напряжения более 15 В нецелесообразно. Кроме того, увели ный источник сварочного тока (ИИСТ) представляет собой мощный ключе вой преобразователь с широтно им пульсным способом стабилизации тока нагрузки и силовой частью, пост роенной на базе мостового, полумос тового или однотактного мостового конвертера («косого моста»). В качест ве ключевых элементов используются МОП или IGBT транзисторы с соот ветствующими драйверами. Выбор ИИСТ в качестве примера обусловлен тем обстоятельством, что преобразо ватели этого типа работают на дина мичную нагрузку, изменяющуюся в широких пределах. Следовательно, драйвер силовых ключей должен обес печивать надёжную работу силовой части при изменении коэффициента заполнения от нуля до максимально допустимого значения для выбранной топологии силовой части ИИСТ. Поскольку МОП и IGBT транзисто ры являются полупроводниковыми приборами с потенциальным управле нием, нагрузкой для выходного каска да драйвера является ёмкость затвора C ЗИЭФФ , величина которой в большин стве случаев составляет десятки нано фарад даже без учета ёмкостиМиллера. Для организации оптимального ре жима управления таким ключевым элементом прежде всего необходимо обеспечить оптимальный уровень управляющего напряжения на затво ре транзистора и достаточную вели чину заряда, «закачиваемого» драйве ром в ёмкость C ЗИЭФФ для получения необходимой скорости переключения. Вопросы выбора оптимального управляющего напряжения на затво ре МОП и IGBT транзисторов широко обсуждаются в литературе. Фирма Infi neon считает, что следует использовать отрицательное смещение затвора для повышения помехозащищённости ключевых транзисторов, отмечая при © СТА-ПРЕСС