 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Схемы интерфейса
1.7.1. Требования к схемам интерфейса.
Входной сигнал низкого уровня включает IGBT. Активный контроль низкого уровня на входе удерживает IGBT выключенным, когда на входе действует высокий уровень напряжения. Обычно управляющий вход IPM подключен к высокому уровню через резистор, соединенный с положительным выводом источника электропитания цепей управления. Установка управляемого входа в низкий уровень включает IGBT. Выходом сигнала неисправности служит открытый коллектор, максимальный ток которого ограничен внутренней схемой IPM.
Если возникает неисправность, включается устройство с открытым коллектором, отбирая ток для сигнала неисправности от положительного зажима источника электропитания цепей управления.
Сигналы неисправности и управления включением / выключением обычно подаются к контроллеру системы и от него с использованием развязки по высокому напряжению. Развязка позволяет передавать управляющие сигналы обычного логического уровня на верхнее и нижнее плечи моста. Указанная развязка обычно обеспечивается оптопарами. Наиболее важным моментом при проектировании схем интерфейса является монтаж. Необходимы экранирование и тщательная трассировка проводников печатных плат для защиты от наводимых помех в схемах управления, вызванных dv/dt. Паразитные емкости между схемами интерфейса верхнего и нижнего плечей или первичной и вторичной сторонами развязывающего интерфейса также могут вызвать появление помех. Необходимы тщательная компоновка схемы электропитания цепей управления и монтаж развязывающих цепей. В разделе 1.7.2 дан перечень важнейших указаний, которым надо следовать при проектировании схем интерфейса. На рисунке 1.22 показан пример компоновки схем интерфейса для IPM сдвоенного типа. Экранирование и способ прокладки проводников печатных плат, использованные в этом примере, иллюстрируют типовое использование вышеприведенных указаний по компоновке.
1.7.2. Указания по разводке схем.
Наиболее важным соображением при проектировании схем интерфейса является защита от помех, наводимых быстрым изменением напряжения dv/dt. Паразитные емкости между схемами интерфейса верхнего плеча, схемами интерфейса верхнего и нижнего плечей или первичной и вторичной сторонами развязывающих устройств также могут вызвать проблемы помех. Необходима тщательная разводка цепей электропитания схем управления и развязывающих цепей. Основные требования, которые необходимо выполнять при проектировании схем интерфейса:
1. Не прокладывайте рядом проводники печатных плат, подверженные скачкам потенциала вследствие переключений IPM. Высокая скорость dv/dt может навести помехи через паразитные емкости. Еси пересечение или параллельная прокладка этих трасс неизбежны, следует применять экранированные проводники, как показано на рисунке 1.22.
2. Применяйте короткие проводники между выходом оптопары и штырями входа IPM (2-3 см. макс.). Более длинные проводники могут увеличить помехи от других частей схемы. При монтаже оптопары на печатной плате не должна увеличиваться емкость между первичной и вторичной цепями оптопары.
3. Применяйте развязывающие конденсаторы рекомендуемого типа для силовых источников. Эти конденсаторы должны располагаться в непосредственной близости к соответствующим штырям IPM.
4. Быстродействующие оптопары с высоким подавлением несимметричных помех (CMR) должны использоваться для входного сигнала:
tPLH,tPHL < 0,8 ms
CMR > 10 kV/ms
Подходящие типы оптопар: HCPL 4503;HCPL 4504 (Hewlett Packard); PS2041 (NEC). Обычно быстродействующие оптопары требют подключения расположенного в непосредственной близости развязывающего конденсатора емк. 0,1 мкФ.
5. Выбирайте резистор в цепи затвора с достаточно низким сопротивлением с точки зрения повышения помех из-за высокого импеданса входа IPM и с достаточно высоким сопротивлением, чтобы быстродействующий оптотранзистор мог обеспечивать на входе IPM напряжение не выше рекомендованного максимального значения VCIN(ON).
Рис. 1.22. Пример компоновки схемы интерфейса.
1 - экран
2 - оптопара
3 - земля - экран
4 - электропитание цепей управления
5 - экран для цифровых МС заземленным средним слоем
6. Оптопары с невысоким быстродействием могут применяться в цепи сигнала неисправности на выходе и в цепях электрического торможения на входе. “Медленные” оптопары имеют дополнительные преимущества - низкую стоимость и более высокие коэффициенты передачи тока (СTR). Большинство “медленных” оптопар не имеют внутреннего экранирования. Поэтому через такие оптопары могут наводиться помехи при переключениях IPM. Для устранения этих помех к выходу оптопар можно подсоединить RC - фильтр с постоянной времени около 10 мкс. Такой фильтр практически не оказывает влияния на сигнал неисправности длительностью 1,8 мс на выходе IPM.
7. Если некоторые ключи IPM не используются в конкретном применении, электропитание их цепей управления все же должно быть подключено. Соответствующие выводы входного сигнала должны быть соединены через резисторы к электропитанию цепей управления (напряжение VD или VSXR) для гарантированного удержания неиспользуемых ключей в выключенном состоянии. Рекомендуемые схемы интерфей са указаны в справочных данных для каждого IPM.
4.7.3. Входные и выходные цепи IPM.
Рис. 1.23. Схемы IPM вход/выход
1 - электропитание цепей управления; 2 - вход схемы управления; 3 - неисправность на выходе; 4 – выход; 5 - схема управления затвором; 6 – регулируемое; 7 - сборка из 6/7 IPM; 8 - сдвоенный/одинарный IPM.
1.7.4. Подключение схемы интерфейса.
Входные штыри “разумных” выходных модулей подсоединяются непосредственно к печатной плате. Увеличение помех может быть сведено до минимума размещением схем интерфейса на печатной плате около входных штырей модуля. Низкомощные модули имеют луженые штыри управления и луженые силовые штыри; те и другие должны быть припаяны непосредственно к печатной плате. Модули более высокой мощности имеют позолоченные штыри, которые должны подсоединяться к печатной плате с использованием обратно смонтированного держателя гнезда (соединителя Хироуза). Пример такого соединения для IPM сдвоенного типа показан на рисунке 1.25. Данная технология соединения может быть применена также для больших сборок из шести и семи модулей. В таблице 1.4. указаны рекомендуемые методы соединения и соединители для каждого IPM третьего поколения.
Паяемость выводов IPM была подтверждена специальным “тестом на пайку” при следующих условиях:
температура пайки: 260°С ± 5°С
время пайки: 10 с ± 1 с
флюс: типа канифоли
Для пайки волной рекомендуется следующая процедура:
первый этап: предварительный нагрев поверхности печатной платы до 80°С - 105°С
второй этап: глубокая пайка при 245°С в течение 3 - 4 с,
применяемый флюс: типа канифоли
Рис. 1.25. Подсоединение схемы интерфейса
1 - управляющие штыри IPM
2 - гнездо держателя
3 - печатная плата
4 - вид сзади
5 - вид сбоку
6 - пример компоновки печатной платы
7 - А отверстие для штыря гнезда
B отверстие с зазором для штырей IPM
С отверстие с зазором для управляющего штыря
D расстояние между штырями IPM
Е расстояние между штырями держателей гнезда на каждый
соединитель mfg
| 1 - Connector model | DF 10–31S–2DSA (58),(59) | MDF7–5S–2.54DSA(01) | MDF 7-25S-2.54DSA (01) |
| 2 – Pin pitch | 2 mm | 2.54 mm | 2.54 mm |
| 3– Number of 4 - elements With stand voltage | 6 / 7 elements | 1 / 2 elemets | 5 / 7 elements |
| 5 – 600 V series | PM 100 CSA 060 PM 150 CSA 060 PM 200 CSA 060 PM 50 RSA 060 PM 75 RSA 060 PM 100 RSA 060 PM 150 RSA 060 | PM 200 DSA 060 PM 300 DSA 060 PM 400 DSA 060 PM 600 DSA 060 | PM 30 RSF 060 PM 50 RSK 060 |
| 6 –1200 V series | PM 25 RSB 120 PM 50 RSA 120 PM 75 CSA 120 PM 100 CSA 120 | PM 75 DSA 120 PM 100 DSA 120 PM 150 DSA 120 PM 200 DSA 120 PM 300 DSA 120 PM 400 DSA 120 PM 600 DSA 120 | PM 10 RSH 120 PM 15 RSH 120 |
Таблица 1.4. Примеры соединителей, применяемых для управле ния IPM третьего поколения
1 - наименование типа соединителя
2 - шаг штырей
3 - количество элементов
4 - соответствующее напряжение
5 - серии 600 В
6 - серии 1200 В
7 - для получения более детальной информации - рисунков и пр. обращайтесь к производителю.
1.7.5. “Мертвое” время (tdead)
Для предотвращения сквозных токов при переключении ключей моста требуется предусмотреть в системе управления “мертвое” время между высоким и низким входными включающими сигналами верхнего и нижнего плеча. В справочных данных указываются две различные величины.
а. Время tdead, измеряемое непосредственно на входных зажимах IGBT
b. Время tdead, относящееся к входным сигналам оптопар, используемым в рекомендуемых схемах применения.
Указанное в справочных данных “мертвое” время типа b. относится к стандартным быстродействующим оптопарам (см. раздел 1.7.2.). При использовании специально отобранных оптопар с малым разбросом времени переключения, требуемое “мертвое” время типа b. может быть уменьшено.
При высоких частотах переключения (около 20 кГц) “мертвое” время может снизить максимальное получаемое выходное напряжение ШИМ инвертора. Одним из способов компенсации этого нежелательного эффекта является использование переменной несущей частоты fC ШИМ, т.е. уменьшение частоты fC при высоких мгновенных значениях выходного напряжения инвертора, и наоборот, при низких мгновенных значениях выходного напряжения частота fC увеличивается. Данный подход также помогает снизить общие потери IPM при переключениях.
1.7.6. Использование сигнала неисправности на выходе FO.
При срабатывании одной из защит на специальный выход подается сигнал неисправности длительностью tFO = 1,8 мс (тип.), ключи IPM приводятся в выключенное состояние и модуль IPM перестает реагировать на входные сигналы управления. После окончания промежутка времени tFO происходит автоматический возврат модуля в исходное состояние, и входы управления IPM снова готовы к работе. При генерировании сигнала неисправности управляющие ШИМ сигналы должны быть отключены контроллером системы на время t FO(min). Входные сигналы можно снова подавать на вход IPM после устранения неисправности.
Эту предосторожность следует соблюдать особенно в случае неисправностей из-за перегрузки по току или короткого замыкания, чтобы избежать выхода из строя IPM вследствие повторяющегося срабатывания защиты от перегрузки по току КЗ, что вызывает перегрев р-п перехода.
Контроллер системы может легко определить, был ли сигнал неисправности вызван превышением температуры или перегрузкой по току КЗ, определяя его длительность. Сигналы неисправности из-за перегрузки по току и КЗ будут равны по длительности tFO (номинальное - 1,8 мс). Сигнал неисправности из-за превышения температуры будет намного длиннее. Сигнал неисправности из-за превышения температуры возникает тогда, когда температура основания превысит уровень ОТ и продолжает действовать до тех пор, пока основание модуля не остынет до температуры ниже уровня ОТR. Обычно это происходит за десятки секунд.
Мы надеемся, что данное руководство по применению IGBT третьего поколения и IPM содержит ответы на большинство ваших вопросов. В любом случае, пожалуйста, свободно обращайтесь в наши отделы по применению и продаже, которые охотно помогут вам. На следующей странице вы найдете различные адреса отделений Mitsubishi Electric Power Semiconductors в Европе.
Поиск по сайту: