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.

Нравится

IPS-драйверы

Похожие посты:

Оставить комментарий