Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Управление полупроводниковыми ключами.
Преобразователи электрической энергии состоят из силовой и управляющей частей, находящихся в непрерывном взаимодействии.
Силовая часть, выполненная на управляемых ключах, обеспечивает передачу и приобретение энергии от источника питания к нагрузке. Система управления предназначена для выработки импульсов управления силовыми ключами. Необходимые характеристики системы управления определяются схемой и режимом работы преобразователя.
Системы управления ведомых сетью преобразователей строятся на основе регулирования фазы управляющих импульсов. Суть метода управления состоит в изменении момента подачи управляющих импульсов ключа по отношению к синусоидальной кривой напряжения сети.
Системы управления автономными инверторами требуют модификации алгоритма переключения вентилей, что обусловлено специфичными режимами работы преобразователя. Например, в автономных инверторах напряжения используют различные длительности отключенного состояния ключа при широтно–импульсном способе формирования и регулирования выходного напряжения.
Системы управления импульсными преобразователями постоянного напряжения строятся на основе импульсных методов регулирования выходных напряжений. Здесь также применяется широтно-импульсный метод регулирования, изменяющий длительность управляющих импульсов при неизменной частоте их следования.
Современная тенденция развития систем управления преобразователями характеризуется повышением степени интеграции элементов, что обеспечивает переход от жестких алгоритмов управления к более гибким, максимально учитывающими специфики работы ключа и схемы.
Наиболее универсальным средством для создания управляющей части преобразователя является микроконтроллер, каждый управляет ячейкой переключения вентилей силовой части и обеспечивает интерфейсные функции для связи с оператором и другими технологическими объектами.
Как правило, мощности выходных сигналов цифровых схем управления недостаточно для надежной работы силовых ключей. По этой причине в системах управления используют выходные усилители, называемые тоже оконечными или выходными каскадами. Данные схемы должны обеспечивать также уровни сигналов управления, чтобы потери мощности в выключенном или открытом состоянии ключа, а также в динамических режимах переключения были минимально возможными и не превышали допустимых пределов. Важной дополнительной функцией выходного каскада является защита силового ключа.
В большинстве случаев выходной усилитель обеспечивает также потенциальную развязки между силовой и информационной частью преобразователя. Для выполнения этих функций разрабатывается специальные интегральные схемы выходных усилителей, называемых драйверами.
Основные типы формирователей импульсов управления.
Часть системы управления преобразователем, которая формирует логику входных сигналов силовых ключей, а затем их усиливает до требуемых уровней тока и напряжения, называется формирователем импульсов управления (ФИУ). Основным источником помех для системы управления является силовая часть преобразователя и частично усилительный блок ФИУ. Протекание силовых токов большой амплитуды создаёт проблемы в надёжности функционирования системы управления. Поэтому во всех мощных преобразователях осуществляют потенциальную развязку между силовой и управляемой частью. Дополнительной причиной необходимости разделения силовых и управляющих цепей преобразователя является проблема управления силовыми ключами верхнего уровня, которые не имеют непосредственной связи с общей шиной силовой схемы.
По принципу построения потенциальной развязки ФИУ делятся на следующие типы:
Трансформаторные ФИУ биполярных транзисторов.
Схемные варианты трансформаторных ФИУ биполярных транзисторов сводятся к двум основным режимам: постоянный ток управления (ток базы) при изменении тока нагрузки пропорциональные изменения тока управления с изменением тока нагрузки. Для импульсного трансформатора это означет, что в первом случае он используется как трансформатор напряжения, а во втором как трансформатор тока. С энергетической точки зрения пропорциональное управление более выгодно, поскольку при постоянном токе управления расходуется избыточная мощность. Пропорциональное токовое управление кроме того позволяет поддерживать насыщенное состояние транзистора при различных нелинейных нагрузках, вызывающих изменение выходного тока ключа.
Трансформаторные ФИУ для ключей с изолированным затвором.
Поскольку в ключевых приборах с изолированным затвором потери во входной цепи минимальны, импульсные трансформаторы могут быть эффективно изменены для управления в высокочастотных схемах мостовой конфигурации или в схемах с заземленной нагрузкой.
Основными проблемами применения трансформаторных ФИУ для ключей с изолированным затвором являются:
Формирователи импульсов управления с раздельной передачей энергии и информационного сигнала.
При рассмотрении структуры формирователей данного типа можно выделить три основных части:
Чаще всего потенциальная развязка осуществляется с помощью оптронов диодного или транзисторного типа. По сравнению со схемами на основе импульсных трансформаторов они имеют возможность передачи непрерывных сигналов информации и высокую помехозащищенность оптического канала. К недостаткам оптронной развязки можно отнести температурную нестабильность параметров, низкий коэффициент передачи тока (у диодных оптронов), большую задержку передачи сигналов (у транзисторных оптронов). Эти проблемы решаются за счёт использования диодных оптронов совместно с усилительным быстродействующим транзистором. Максимальный входной ток оптрона, составляет 10…20 мА, хорошо согласуется с нагрузкой интегральных микросхем, используемых в управляющем блоке преобразователя, в том числе и с современными микроконтроллерами.
Напряжение изоляции современных оптронов составляет 2500В. На более высокие рабочие напряжения оптопара, в которой связь между излучателем и фотоприёмником осуществляется с использованием световодов.
В системах с широким диапазоном изменения рабочих температур вместо оптронов желательно использовать импульсные трансформаторы. Для исключения зависимости от длительности информационного сигнала используют режим пакетной передачи высокочастотных сигналов, при этом длительность пакета соответствует длительности импульса управления.
Усилитель импульсов управления, формирующий выходные сигналы заданной формы и мощности и изготовленный в виде отдельной интегральной схемы, называется драйвером.
Структурная схема драйвера содержит входной узел, принимающий сигнал информационного канала, узел согласования, преобразующий информационный сигнал в сигнал управления необходимого уровня, и выходной узел, осуществляющий окончательное формирование импульса управления требуемой формы и мощности.
Выходные узлы и узлы согласования драйверов всех типов трансформаторов строятся примерно по идентичным схемам: фотоприёмное устройство оптопары и один или несколько ключевых транзисторов с высоким коэффициентом усиления по току и повышенным быстродействием. Выходные узлы определяются характеристиками цепи управления силового ключа и зависимостью временных параметров от режима управления.
Для биполярного транзистора выходной узел должен обеспечить следующее:
Выходной узел драйвера, управляющего изолированным затвором, должен соответствовать следующим требования:
Как правило, драйверы являются законченными устройствами, готовыми к применению для конкретного типа транзисторов, и их подключения не вызывает особых проблем.