IPS-драйверы

September 10, 2013 by admin Комментировать »

Завершая наш рассказ о разновидностях современных драйверов, следует упомянуть так называемые, в составе которых имеется мощная система диагностики исправного состояния, а также программируемый микроконтроллер, определяющий стратегию работы и защиты управляемого IGBT транзистора. Применение IPS-драйверов оправдано в случае, если выход из строя IGBT модуля ведет к большим финансовым потерям, например, есть смысл их установки в преобразователи для тяговых двигателей электротранспорта.

IPS-драйверы позволяют индивидуально задать функции цифровой фильтрации входных сигналов управления, обеспечить многократное плавное отключение по многоуровневым критериям, легко перенастраивать силовую схему при изменении условий эксплуатации и обеспечить многоуровневую стратегию управления затворами транзисторов в условиях последовательного подключения затворных резисторов на протяжении цикла управления.

Примером IPS-драйвера может служить типономинал lIPSD70PW1760A, производимый фирмой «IN-Power» [35]. Внешний вид платы драйвера показан на рис. 2.3.49. Следует сказать, что фирмой выпускаются драйверы на номинальное напряжение силовой цепи до 6500 В в одноканальном и двухканальном исполнении.

Основные технические характеристики драйвера lIPSD70PW17-60A:

•  номинальное напряжение питания — 15 В;

•  минимальное напряжение запуска — 12 В;

•  выходное напряжение управления — ±15 В;

•  выходной ток управления затворами — до ±70 А;

•  максимальное напряжение силовой цепи — 1700 В;

•  испытательное напряжение изоляции — 6000 В;

•  частота переключения — до 100 кГц;

•  задержка включения — 400 нс;

•  задержка выключения — 400 нс;

•  время плавного выключения — 1…2 мкс.

На рис. 2.3.50 показана функциональная схема драйвера. В составе цифрового блока управления имеется программный фильтр, который позволяет устранить возможные высокочастотные колебания входного сигнала. Также цифровой блок управления контролирует аварийные

Рис. 2.3.49. Внешний вид IPS-драйвера lIPSD70PW17-60A

информационные сигналы, обрабатывает их и принимает решение по защите от аварийных режимов. При прохождении переднего фронта сигнала управления цифровой фильтр выдает команду на запрет контроля аварийного состояния и анализирует форму входного сигнала. Если во входном сигнале высокочастотные колебания не обнаруживаются, то после истечения времени 2 мкс включается выходной драйверный усилитель и активизируется схема контроля аварийного состояния. Если же происходит обнаружение высокочастотных колебаний, фильтр автоматически увеличивает постоянную времени, одновременно анализируя причину возникновения колебаний.

Интересной особенностью драйвера является 4-х уровневый контроль напряжения насыщения открытого силового транзистора с оптимизированным временем контроля насыщения. Уровни контроля насыщения следующие: 1 — 2,5 В (10 мкс); 2 — 4,0 В (5 мкс); 3 — 7,0 В (3 мкс); 4 — 10 В (2 мкс). Время обнаружения можно изменить программно, а уровни контролируемого напряжения задаются аппаратно, с помощью резисторов. В составе драйвера имеется панель диагностики уровня напряжения насыщения, построенная на основе светодиодных индикаторов. Следует отметить, что алгоритм отключения драйвера также задается программно.

Разъем программирования драйвера установлен непосредственно на плате и соединяется с компьютером посредством входящего в комплект поставки кабеля через USB-порт или параллельный порт. Изменять программное обеспечение драйвера можно не только на стадии сборки преобразователя, но и когда драйвер уже установлен в прибор, то есть в процессе его эксплуатации.

Несколько слов о конструктивном исполнении IPS-драйверов на номинальное напряжение силовых цепей 6500 В. Обратите внимание на рис. 2.3.51, на котором показана плата драйвера 1IPS70PW65-105.

Овальные вырезы в печатной плате — это дополнительные электроизоляционные воздушные барьеры, с помощью которых обеспечивается электрическая прочность изоляции гальванически развязанных цепей до 10 500 В.

Примером IPS-драйвера может быть анонсированная фирмой «Semikron» разработка типа SKYPER 52 с цифровой обработкой управляющей информации. На рис. 2.3.52 показан внешний вид платы драйвера типа SKYPER 52, а на рис. 2.3.53 — структурная схема этого драйвера.

Рис. 2.3.52. Внешний вид драйвера SKYPER 52

На момент выхода книги вся представленная информация по новому драйверу носит статус предварительной. Фирма-производитель позиционирует эту разработку как драйвер нового поколения, основанный на полномасштабной цифровой обработке сигналов, поступающих не только от контролируемого транзистора, но также и от сопутствующих датчиков (тока, напряжения, температуры). Входы датчиков имеют гальваническую развязку с выходными сигналами, что, по мнению специалистов фирмы, позволит разработчикам отказаться от дорогостоящих датчиков с гальванической развязкой и упростить силовую схему.

Технические характеристики датчика: работа с допустимым напряжением «коллектор—эмиттер» силового транзистора до 1700 В; 2 гальванически развязанных канала управления для подключения транзисторов «верхнего» и «нижнего» плеча; пиковый ток затвора до 50 А; номинальное напряжение управления затворами — до ±15 В; частота переключения — до 100 кГц; устойчивость к нарастанию/спаду напряжения силовой цепи — до 4 кВ/мкс; совместимость с управ-

лением от стандартных логических сигналов напряжением 5 В и 3,3 В; напряжение питания — 24 В постоянного тока; диапазон рабочих температур — от минус 25 до +85 °С.

Рис. 2.3.53. Структурная схема драйвера SKYPER 52

Внутренняя схема драйвера имеет в своем составе выводы диагностического интерфейса (diagnostic I/O), совместимого с CAN, выводы основного интерфейса управления (совместимого с LVDS-логикой), выводы функции «мягкой интеллектуальной защиты» (intelligent soft turn-off), графический интерфейс GUI для визуализации процесса настройки драйвера, интерфейс для подключения датчиков (sensor signal insulated transmission). Дополнительная цифровая обработка управляющих сигналов позволяет компенсировать температурную зависимость работы статического преобразователя, а также исключить факторы, связанные с временным старением компонентов. Функция контроля аварийного состояния силовых транзисторов традиционна и выражается в непрерывной оценке напряжения насыщения открытого транзистора, а также стратегии «мягкого» отключения, подобранной индивидуально для любого типа силового прибора (эти параметры могут быть сконфигурированы в широких пределах через интерфейс пользователя). Реализована интересная функция задания индивидуальной стратегии отключения, согласно которой, в случае выявления аварийного режима отключение может выполняться как по команде с управляющего устройства, так и автоматически, в соответствии с заложенным в драйвер алгоритмом. Схема диагностики запоминает не только параметр, по которому произошло отключение, но и фиксирует его конкретное значение в динамике, что может служить огромным подспорьем в дальнейшем анализе возникшей аварийной ситуации.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты