СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-5

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2010 Для питания БУ и драйвера в соста ве Gysmi 183 предусмотрен маломощ ный стабилизированный многока нальный блок питания ключевого типа (БП), вырабатывающий, в част ности, напряжение V CC = 15 В для пи тания входных каскадов DA1. Это же напряжение используется и для пита ния выходного каскада, управляюще го «нижним» силовым транзистором (вывод LVG микросхемы DA1). Выход ной каскад микросхемы, управляю щий «верхним» силовым транзисто ром (вывод HVG микросхемы DA1), питается от отдельного, гальваничес ки развязанного канала БП с напря жением V hi = 15 В. Бутстрепная схема питания в данном случае не использу ется, т.к. это не позволяет топология силовой части. В общем случае, по мнению автора, применение бутстрепных способов питания выходных каскадов драйвера в составе ИИСТ нежелательно из за особенностей режима работы ИИСТ: при коротком замыкании нагрузки, что является штатным режимом для сварочных инверторов, на выходе ШИМ контроллера формируются управляющие импульсы минимально возможной длительности, что может привести к недопустимому снижению уровня напряжения на бутстрепных конденсаторах. Для обеспечения на дёжного питания всех каскадов ИС драйвера L6386 и исключения сбоев в его работе во время переходных про цессов при включении/выключении питания ИИСТ организовано дубли рование источника V СС c помощью подачи напряжения питания непо средственно от силовой шины «+300 В» через резисторы R1 – R3. Аналогич ным образом дублируется источник питания V hi с помощью резисторов R15, R18. Микросхема L6386 позволяет орга низовать защиту от перегрузки по току силовых транзисторов на уровне драй вера, а не ШИМ контроллера, как это обычно делается. Такое решение поз воляет заметно повысить быстродей ствие системы защиты ключей. Схема защиты ключей от перетока состоит из датчика тока ключей – трансфор матора тока, включенного в цепь пер вичной обмотки силового трансфор матора «косого моста» (на рис. 8 не по казан) и «нагрузочного резистора», состоящего из элементов R7 – R14, С3, С7 – С9. «Нагрузочный резистор» вы полняет функции масштабирующего делителя сигнала трансформатора то ка и НЧ фильтра, ослабляющего ком мутационные помехи. Напряжение, пропорциональное мгновенному значению тока ключа, снимается с резистора R12 и подаётся на вход CIN внутреннего компаратора системы защиты микросхемы DA1. На опорный вход этого компаратора по дано фиксированное опорное напря жение V REF = 0,5В. При превышении то ком ключа установленного значения внутренний компаратор переключает ся и замыкает вывод DIAG с выводом SGND (общий провод). В результате на вход отключения SD, соединённый с DIAG, подаётся активный низкий уро вень, и драйвер DA1 переходит в ре жим блокировки, а на затворы сило вых ключей подаётся запирающее напряжение. После снятия перегрузки соединение между DIAG и SGND раз рывается, и на входе SD устанавливает ся напряжение высокого уровня, сни мающее блокировку драйвера. Возврат драйвера в рабочий режим происхо дит с задержкой, определяемой посто янной времени цепи R6C2, которая введена для повышения помехозащи щённости системы защиты. В данной схеме не используется отрицательное смещение на затворах силовых клю чей, по видимому, в целях упрощения организации питания выходных кас кадов, хотя это возможно реализовать и для бутстрепных интегральных драйверов. Напряжение с выхода LVG «нижне го» буферного каскада DA1 исполь зуется для формирования управляю щего сигнала Anti sticking («анти залипание электрода»). Эта функция позволяет ослабить прилипание элект рода к детали и защитить силовую часть от перегрузки при длительном коротком замыкании в нагрузке. Для реализации функции Anti sticking необходимо распознавать коротко замкнутое состояние нагрузки и ин формировать ШИМ контроллер о его наличии на выходе ИИСТ. После обнаружения КЗ в нагрузке ШИМ контроллер продолжает поддержи вать ток дуги равным току задания в течение заданного интервала време ни (обычно задержка реагирования ШИМ контроллера на КЗ устанавли вается в пределах 1…5 с), после чего ток нагрузки снижается до некоторого минимального значения. В ИИСТ Gysmi 183 использован самый прос той, но косвенный способ детектиро вания состояния КЗ нагрузки: при воз никновении короткого замыкания ШИМ контроллер резко уменьшает коэффициент заполнения импульсов управления, что и фиксируется схе мой Anti stiсking. З АКЛЮЧЕНИЕ Рассмотренные выше примеры реа лизации драйверов мощных ключевых транзисторов типа МОПи IGBT позво ляют сделать несколько полезных вы водов. Во первых, можно отметить, что в отношении целесообразности и необ ходимости использования отрица тельного смещения на затворе мощно го ключа не наблюдается единой по зиции как производителейИИСТ, так и производителей полупроводниковых приборов. Вероятно, двухполярный способ управления затвором можно считать желательным при разработке ключевых источников питания кило ваттного уровня мощности. Примене ние же монополярного способа управ ления – выключениеМОП /IGBT тран зистора подачей нулевого потенциала на затвор относительно истока (эмит тера) –можно рассматривать как «бюд жетный» вариант при реализации драйвера. Во вторых, не отдаётся явного пред почтения какому либо одному типу драйвера: применение находят как драйверы с ТГР, так и драйверы с опто электронной развязкой. К примене нию же микросхемных драйверов с бутстрепным питанием в составе ИИСТ, по видимому, следует относить ся с осторожностью. Также неже лательно в подобных устройствах использовать драйверы, не обеспечи вающие гальваническуюразвязку меж ду ШИМ контроллером и силовой частью. Обращает на себя внимание и тот факт, что производители ИИСТ пред почитают использовать параллельное включение группы ключевых транзис торов вместо использования силовых модулей. Причина заключается в бо лее высокой стоимости силового моду ля с сопоставимыми параметрам по сравнению со стоимостью «дискрет ного» решения. Рассмотренные драйверыимеют как свои недостатки, так и достоинства. Драйверы на основе ТГР не требуют дополнительного питания выходных каскадов, позволяют трансформиро вать уровни напряжения/тока и харак © СТА-ПРЕСС