Топологии драйверов силовых ключей с переменным импедансом цепей перезаряда затворной емкости
Аннотация
Благодаря возникшей проблеме импортозамещения в области силовой электроники, возникает ряд задач, одной из которых является разработка новых и совершенствование выпускаемых на данный момент отечественных драйверов силовых ключей на основе IGBT/MOSFET. Создание контроллеров управления, не уступающих по характеристикам аналогам ведущих мировых производителей, требует углубленного изучения существующих топологий этих устройств и математического моделирования процессов взаимодействия драйверов с мощными IGBT/MOSFET ключами. Описаны основные проблемы, формирующие требования к силовой части драйверов мощных ключей на основе структур с изолированным затвором (МОП- и биполярных транзисторов с изолированным затвором). Проведен анализ типовой структуры силовой части драйвера и рассмотрены вопросы, связанные с реализацией основной функции такого драйвера — обеспечения оптимальных режимов включения и выключения силового ключа. Показаны ограничения по оптимизации процессов переключения, возникающие при использовании большинства современных драйверов отечественного и зарубежного производства. Предложены топологии, позволяющие устранить имеющуюся на данный момент противоречивость требований к величине импеданса цепей перезаряда входной ёмкости структур с изолированным затвором. Оптимизация импеданса цепи перезаряда затворной емкости за счет новых топологий и алгоритмов управления ключами силовой части драйвера позволит существенно снизить потери на переключение и увеличить частоту коммутации, что в свою очередь улучшит массогабаритные показатели устройств, использующих такие драйверы. Смоделированы процессы перезаряда входной емкости ключей на основе структур с изолированным затвором с использованием программы схемотехнического моделирования Micro-Cap 11. Представлены топологии силовой части драйверов, позволяющие менять импеданс цепи затвора на различных стадиях включения и выключения силового транзистора. Путем моделирования в программе Micro-Cap 11 продемонстрированы преимущества предложенных топологий и сформулированы рекомендации по их реализации с целью разработки структуры отечественного драйвера силовых ключей, отвечающего самым современным требованиям к таким устройствам.
Литература
2. Азаренкова Е.Г., Морунов Д.Н., Амелин С.А., Амелина М.А. Коммутируемый однотактный преоб разователь напряжения и анализ его динамических
характеристик // Информационные технологии, энергетика и экономика: сб. трудов XII Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. 2015. Т 2. C. 3—7.
3. Хермвиль М., Колпаков А. Управление изолированным затвором IGBT // Электронные компоненты. 2008. No 6. C. 43—50.
4. Арендт В., Ульрих Н., Тобиас Р., Турски В. Управление изолированными затворами MOSFET/IGBT, базовые принципы и основные схемы // Силовая электроника. 2013. No 5. C. 50—58.
5. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемо-технического моделирования MicroСap. Версии 9, 10. СПб.: Лань, 2014.
6. Hermwille M., Grasshof T. SKYPER — Modern and Simple Driver // Power Systems Design. 2004. No. 6. Pp. 12—16.
---
Для цитирования: Амелин С.А., Амелина М.А., Фролков О.А., Щепкин Н.П. Топологии драйверов силовых ключей с переменным импедансом цепей перезаряда затворной емкости // Вестник МЭИ. 2017. № 3. С. 60—66. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-60-66.
#
1. Voloshin S. Sovremennye drayvery IGBT i Moshchnykh Polevykh Tranzistorov. Komponenty i Tekhnologii. 2003;5:43—48. (in Russian).
2. Azarenkova E.G., Morunov D.N., Amelin S.A., Amelina M.A. Kommutiruemyy Odnotaktnyy Preobrazovatel' Napryazheniya i Analiz ego Dinamicheskikh Kharakteristik // Informatsionnye Tekhnologii, Energetika i Ekonomika: Sb. trudov XII Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Studentov i Aspirantov. 2015;2:C. 3—7. (in Russian).
3. Khermvil' M., Kolpakov A. Upravlenie Izolirovannym Zatvorom IGBT. Elektronnye Komponenty. 2008;6:43—50. (in Russian).
4. Arendt V., Ul'rikh N., Tobias R., Turski V. Upravlenie Izolirovannymi Zatvorami MOSFET/IGBT, Bazovye Printsipy i Osnovnye Skhemy. Silovaya Elektronika. 2013;5:50—58. (in Russian).
5. Amelina M.A., Amelin S.A. Programma Skhemotekhnicheskogo Modelirovaniya Micro Sap. Versii 9, 10. SPb.: Lan', 2014. (in Russian).
6. Hermwille M., Grasshof T. SKYPER — Modern and Simple Driver. Power Systems Design. 2004;6:12—16.
---
For citation: Amelin S.A., Amelina M.A., Frolkov O.A., Shchepkin N.P. Power Switch Driver Topologies with Variable Impedance of the Gate Capacitor Recharging Circuits. MPEI Vestnik. 2017; 3:60—66. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-3-60-66.
