circuito controlador H-bridge

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Estoy intentando utilizar el controlador IGBT IR2184 para manejar un puente en H hecho de powerpack CM100DU-24F . Aquí está el circuito que construí:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

a) ¿Cómo se elige el valor del condensador de refuerzo entre Vs y Vb? Medí solo 2.5V a través de él, pero debería obtener 12V. Estoy en lo correcto?

b) ¿Hay algún requisito para el diodo D1? Me desplazo a 1Hz.

c) En la hoja de datos del IR2184, se recomienda colocar un condensador entre Vcc y COM. ¿Cuál es su propósito?

d) El voltaje entre la compuerta y el emisor de L1 es cuadrado, 1Hz, 12V. Pero el voltaje entre la puerta y el emisor de H1 es 0V.

e) ¿Cómo elige el valor del resistor de puerta?

    
pregunta ths1104

4 respuestas

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El controlador IC funcionará con dispositivos de puerta aislados (MOSFET, IGBT). Su esquema muestra BJTs.

Los BJT requieren una corriente todo el tiempo que están encendidos, los MOSFET o IGBT solo necesitan una corriente de carga en sus puertas y permanecerán encendidas una vez que la puerta esté cargada. Al usar BJT, los condensadores de arranque se descargarán con bastante rapidez.

Ahora ...

a) La tapa de arranque debe ser capaz de mantener su voltaje sin mucha pérdida cuando la compuerta del transistor de potencia está cargada, es decir, debe ser mucho más grande que la capacitancia de la compuerta. 100 nF suena bien, porque los valores típicos de capacitancia de puerta están entre 500 pF y 2 nF. Además, debe poder mantener la corriente de alimentación del controlador mientras intenta mantener viva su señal de salida alta. La corriente será pequeña a menos que use un BJT (vea mi introducción más arriba). Sin embargo, 1 Hz es muy lento. Suponiendo que su señal CLK1 es simétrica, las tapas de arranque necesitan suministrar los controladores del lado alto por medio segundo. Las señales PWM típicas para dichas aplicaciones de arranque se ejecutan a 10 kHz o por encima de él, es decir, los tiempos altos o bajos son 10000 veces más rápidos que en su simulación.

b) El diodo de arranque debe poder bloquear la tensión de alimentación (100 V en su caso). Además, debe ser de un tipo de conmutación rápida porque debe bloquearse rápidamente una vez que se apague el transistor de potencia inferior. Los diodos lentos afectarán el comportamiento de conmutación de los transistores de potencia, es decir, agregarán pérdidas considerables de conmutación. Un diodo Schottky de 150 V / 1 A o un diodo de silicio ultrarrápido de 200 V / 1 A suenan como opciones razonables.

c) En el mundo ideal, el suministro de sus controladores (12 V) siempre alimentará los circuitos integrados del controlador, sin importar qué. Un circuito real tendrá cierta inductancia entre el suministro de los controladores y los circuitos integrados del controlador. Cada vez que se encienden los circuitos integrados, se les debe suministrar un pico de corriente. Un condensador de derivación local suministrará el transitorio rápido (pico), y la inductancia a lo largo de su recorrido de suministro de 12 V y su respectivo rastreo de retorno a tierra no importarán mucho.

d) Ver intro y a). Con BJTs, toda esperanza se pierde. Con los IGBT o MOSFET, comience por verificar los voltajes de alimentación de los controladores del lado alto (es decir, el voltaje a través de las tapas de arranque).

e) Idealmente, necesitarías cero ohmios. Sin embargo, la capacitancia de la compuerta (dado que usa MOSFET o IGBT) junto con la inductancia de la fuente (y la inductancia a lo largo de la ruta de acceso de la compuerta) forman un tanque resonante LC. Este circuito LC se mantiene alejado del timbre sostenido al hacerlo mal, a propósito, utilizando una resistencia de compuerta. 10 ... 100 ohmios puede ser una buena idea. Cualquier cosa más allá de 100 Ohms es usualmente una mala práctica. Recuerde que sus conductores deben poder cargar las puertas de los MOSFET o IGBT rápidamente para reducir las pérdidas de conmutación. En su ejemplo, 10 kOhms con 1 nF (como una conjetura para una capacitancia de compuerta) produce una constante de tiempo de 10 µs. Quieres que tus transistores cambien al menos 100 veces más rápido que eso.

    
respondido por el zebonaut
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El condensador de arranque es la fuente de alimentación (única) para el lado alto del controlador de la compuerta. Se carga a través de D1 cuando el transistor inferior está encendido. Entonces, sí, debería tener 12V, menos la caída del diodo. D1 necesita poder manejar esta corriente de carga.

El problema que puede tener es que 1Hz es una frecuencia de conmutación muy lenta. Necesita un condensador bastante grande para alimentar el controlador de la puerta durante un segundo sin que su voltaje caiga demasiado bajo. Verifique la hoja de datos del controlador para ver cuánta corriente se usa en el suministro del lado alto. A partir de eso puedes calcular la cantidad de capacitor que necesitas. No olvide permitir la carga de la puerta del transistor superior.

La tapa en Vcc es necesaria porque cuando el transistor inferior se enciende, tiene que suministrar tanto la carga de la compuerta para el transistor como la carga para el capacitor de arranque.

La resistencia de la puerta se utiliza para controlar la velocidad de conmutación del transistor. Los resultados demasiado lentos en pérdidas de energía excesivas (no va a ser un problema a 1Hz). Demasiado rápido puede causar ruido y timbre.

    
respondido por el user28910
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¿Por qué se utilizan los IGBT? El esquema muestra solo 100 V, sin embargo, los IGBT están descartados. Es mejor usar IGBT solo cuando los voltajes son superiores a 500 V y la potencia procesada está en los kilo-vatios. Tal vez solo quieras jugar con IGBT y aprender sobre ellos.

a) El condensador de arranque se encuentra usando C = \ $ \ frac {\ text {$ \ Delta $ I $ \ Delta $ T}} {\ text {$ \ Delta $ V }} \ $ = \ $ \ frac {\ text {$ \ Delta $ Q}} {\ text {$ \ Delta $ V}} \ $. Aquí \ $ \ text {$ \ Delta $ I} \ $ está vigente en el sesgo IR2184 más el cargo en la puerta IGBT, \ $ \ text {$ \ Delta $ T} \ $ es el tiempo de retención y \ $ \ text { $ \ Delta $ V} \ $ es caída de voltaje en el capacitor. Dado que la frecuencia es 1Hz \ $ \ text {$ \ Delta $ T} \ $ es 1 segundo. Vamos a configurar \ $ \ text {$ \ Delta $ V} \ $ a 1V (permitir que el voltaje máximo cambie en solo 1V durante el tiempo de retención), por lo que C será igual que \ $ \ text {$ \ Delta $ Q} \ $. La carga requerida por IR2184 durante 1 segundo es de 150 uA como máximo, y la carga en la compuerta IGBT tiene una fuga de compuerta de 1 uA + de 20 uA, durante 1 segundo que se combina para ser de ~ 170 ºC.

Eso significa que el capacitor bootstrap debe ser de 170uF (es porque la frecuencia es muy baja). Y deberá tener una fuga insignificante durante el tiempo de retención de 1 segundo.

b) En cuanto a D1: Solo necesita un diodo que pueda tomar la tensión inversa, digamos 150 V o menos.

c) La tapa del filtro en Vcc es para proporcionar una corriente pulsada a las puertas del interruptor y a la tapa de arranque. Por lo general, es mejor que sea aproximadamente 10 veces el valor del límite de arranque, aunque aquí con una frecuencia tan baja que probablemente no importe.

d) No hay un alto voltaje de la unidad porque no hay suficiente capacidad de arranque.

e) La resistencia de la puerta se trata de la coincidencia de impedancia. Idealmente, deseará igualar la impedancia característica del circuito de la puerta del interruptor. La resistencia es inferior a \ $ Z_o \ $ y la puerta sonará y el interruptor puede oscilar.

Averigüe la inductancia del circuito de la compuerta, y luego calcule la capacitancia de la compuerta de conmutación \ $ Z_o \ $ = \ $ \ sqrt {\ frac {L} {C}} \ $. Esa será la mejor resistencia de la puerta de la caja, lo que dará como resultado los tiempos de subida y caída más rápidos ... aunque en esta aplicación no estoy seguro de que te importe eso.

    
respondido por el gsills
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El lado de arranque parece haber sido cubierto.

El símbolo cct es para un BJT pero la parte en cuestión (CM100DU-24F) es un IGBT (módulo de 1/2 puente), una ligera confusión adicional pero circuitlab no tiene un símbolo IGBT específico.

¿El chip de arranque no parece proporcionar un voltaje de entrada negativo? se recomienda (para inversores basados en IGBT o FET) debido a que es capaz de mantener los dispositivos apagados durante la conmutación & eventos dv / dt re. La capacitancia del molinero inyectando carga en la puerta. Igualmente, el bootstrapping no es realmente una opción si tiene que operar con el 100% de servicio.

El beneficio de los IGBT sobre los FET no es solo el voltaje, sino la SOA. Los MOSFET generalmente tienen SOA de forma triangular, mientras que los IGBT tienen casi cuadrados.

Tienes un enlace de 100V (¿cuántos amperios?), por lo que el razonamiento detrás del uso de IGBT no está claro. ¿10 A? ¿Por qué no utilizar MOSFET. 100A? entonces tal vez los IGBT son una mejor opción. NOTA Los IGBT no se limitan a los enlaces > 500 V como se ha implícito ... Su elección en niveles más bajos es subjetiva en función de otros criterios de diseño. Enlace de 270 Vdc. Todavía usaría IGBT de 1200 V debido a otras consideraciones de diseño (principalmente la corriente del estator, los transitorios de suministro, los niveles de regeneración, etc.) intercambiando IGUALMENTE los sobreimpulsos que pueden combinarse con una mala distribución del núcleo.

La potencia de la unidad será: P = Q * f * ΔV Q = carga de la compuerta, f = frecuencia de conmutación, swingV = oscilación del voltaje de la compuerta.

Q nunca debe calcularse a partir de las Cies de capacitancia de entrada IGBT o MOSFET. Cies es simplemente una aproximación de primer orden de la curva de carga de la puerta en el origen (Vge = 0V). La curva de carga de la puerta de un semiconductor de potencia es altamente no lineal. Es por eso que la carga de la puerta debe derivarse de la integración de la curva de carga de la puerta entre Vge_off y amp; Vge_on

Algunas hojas de datos proporcionan la curva Qgate, PERO solo se puede utilizar si cubre el mismo cambio de voltaje de la puerta que la aplicación pretende.

¿El valor real? El valor utilizado en la hoja de datos es un buen lugar para comenzar, ya que es lo que muchos de los parámetros de la hoja de datos (pérdidas de conmutación, etc.). ¿Qué usar realmente?

Rg (non_osc) > 2 * √ (Lg / Cg)

    
respondido por el JonRB

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