RU182848U1 - Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом - Google Patents
Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU182848U1 RU182848U1 RU2017120955U RU2017120955U RU182848U1 RU 182848 U1 RU182848 U1 RU 182848U1 RU 2017120955 U RU2017120955 U RU 2017120955U RU 2017120955 U RU2017120955 U RU 2017120955U RU 182848 U1 RU182848 U1 RU 182848U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optocouplers
- driver
- voltage
- output
- bootstrap
- Prior art date
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 14
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом относится к схемам драйверов мостового инвертора на оптоэлектронных приборах в качестве активных элементов, и может применяться при проектировании однофазных и многофазных мостовых инверторов напряжения, предназначенных для питания электродвигателей переменного тока. Драйвер содержит оптопары с комплементарным выходным каскадом, при этом от известных заявленный драйвер отличается тем, что оптопары питаются по бутстрепной схеме с использованием двухуровневого источника напряжения, а пути протекания зарядных и разрядных токов бутстрепного конденсатора разделены за счет диодов. Источник питания может быть выполнен двухполярным, при этом выход отрицательной полярности подключен к истоку и затвору нижнего транзистора, между выходом и затвором включено сопротивление, а два выхода положительного напряжения подключены к истоку верхнего транзистора и стоку нижнего. Положительный технический результат заключается в уменьшении количества источников питания, что повышает технико-экономические показатели и надежность устройства.
Description
Техническое решение относится к области силовой электроники, а именно к схемам драйверов мостового инвертора с двухполярным выходом на оптоэлектронных приборах в качестве активных элементов, и может применяться при проектировании однофазных и многофазных мостовых инверторов напряжения, предназначенных для питания электродвигателей переменного тока или другой нагрузки.
При управлении биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT) и полевыми транзисторами (MOSFET) необходимо учитывать эффект Миллера, который состоит в появлении обратной связи между силовыми электродами и затвором транзистора через паразитную емкость между затвором и стоком (коллектором у IGBT) при высокой скорости изменения напряжения коллектор-эмиттер (сток-исток для MOSFET). При этом возникают затухающие колебания напряжения на затворе, которые приоткрывают транзистор и вызывают дополнительные потери мощности в нем. Начальные выбросы могут достигать порога отпирания транзистора и приводить к возникновению сквозных токов.
Из уровня техники известны технические решения, направленные на обеспечение надежного запирания IGBT/MOSFET в мощных мостовых схемах. К ним относятся драйверы с двухполярным выходом на основе оптопар. Такие драйверы формируют на затворе два уровня напряжения: отпирающее положительное: 15 В для IGBT, 10 В для MOSFET и отрицательное запирающее -(3…10) В. Запирающее смещение создается за счет включения между минусом питания драйвера и эмиттером (истоком) параллельно соединенных стабилитрона и конденсатора. Стабилитрон выбирается на напряжение отрицательного смещения затвора, а напряжение питания драйвера должно быть равно сумме отпирающего и запирающего смещений затвора, то есть 18…25 В для IGBT и до 13…20 В для MOSFET [1].
Недостатком известной схемы драйвера с двухполярным выходом является необходимость питания всех драйверов верхнего плеча мостовой схемы от отдельных гальванически развязанных источников напряжения.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является схема с бутстрепным питанием драйверов обоих транзисторов полумоста от одного источника напряжения, в которой драйверы верхнего плеча питаются от конденсаторов, периодически подзаряжаемых через бутстрепные диоды и открытые транзисторы нижнего плеча [2].
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение повышение надежности устройства.
Указанная задача решена тем, что бутстрепный драйвер содержит две оптопары, управляющие транзисторами и осуществляющие гальваническую развязку управляющего контроллера от силовой схемы. При этом IN-выводы каждой из оптопар выполнены с возможностью подключения к ним выхода контроллера, VDD-выводы каждой из отптопар выполнены с возможностью их соединения с положительными полюсами источников напряжения, а GND-вывод второй из оптопар выполнен с возможностью подключения его к отрицательным полюсам источников напряжения; OUT-выводы первой и второй оптопар подключены к затворам и эмиттерам первого и второго транзисторов; дополнительно OUT-выводы первой и второй оптопар снабжены защитными цепями, содержащими стабилитроны, а также ограничителями скорости нарастания напряжения на затворах, выполненными в виде параллельно соединенных диода и резистора.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой совокупностью конструктивных признаков, является уменьшение количества полупроводниковых элементов, конденсаторов и проводников в составе схемы, что позволяет повысить надежность устройства, а также уменьшить его массу и габариты.
Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема драйвера с двухуровневыми источниками питания; на фиг. 2 - приведена схема драйвера с двухполярными источниками питания; на фиг. 3 приведены осциллограммы управляющего сигнала, снятого с выхода драйвера.
Бутстрепный драйвер устроен следующим образом.
Драйвер содержит две оптопары DD1 и DD2, управляющие транзисторами VT1 и VT2 и осуществляющие гальваническую развязку управляющего контроллера от силовой схемы (на электрических принципиальных схемах не показаны). При этом IN-выводы каждой из оптопар выполнены с возможностью подключения к ним выхода контроллера, VDD-выводы каждой из оптопар выполнены с возможностью их соединения с положительными полюсами источников напряжения V1 и V2, а GND-вывод второй из оптопар выполнен с возможностью подключения его к отрицательным полюсам источников напряжения V1 и V2; OUT-выводы первой и второй оптопар подключены к затворам и эмиттерам первого и второго транзисторов VT1 и VT2; дополнительно OUT-выводы первой и второй оптопар DD1 и DD2 снабжены защитными цепями, содержащими стабилитроны VD5 и VD8, а также ограничителями скорости нарастания напряжения на затворах, выполненными в виде параллельно соединенных диода и резистора VD4-R2 и VD7-R6. Конденсаторы С2, С4, подключенные параллельно стабилитронам VD5 и VD8 заряжаются при открывании транзисторов VT1 и VT2, а при логическом нуле на входах драйвера создают запирающие напряжения. Бутстрепный конденсатор С1 заряжается через диод VD3, а разряжается - через диод VD2.
Бутстрепный драйвер работает следующим образом.
Первоначально к IN-выводам оптопар DD1 и DD2 через токоограничивающие резисторы R1 и R5 подключают контроллер, генерирующий прямоугольный сигнал требуемой частоты, а выход бутстрепного драйвера подключают к управляемому устройству.
Выходное напряжение источника питания V2 равно сумме отпирающего и удвоенного отрицательного смещения затвора транзистора, указанный источник питает первую (верхнюю) оптопару DD1. Вторая (нижняя) оптопара DD2 питается через бутстрепный диод VD1 от источника V1, напряжение которого равно сумме напряжения отпирания транзистора и отрицательного смещения затвора, при этом при заряде бутстрепного конденсатора С1 часть напряжения падает на стабилитроне VD8. На фиг. 1 приведен вариант схемы, где применены транзисторы, надежно запирающиеся при отрицательном смещении -10 В, поэтому источники питания драйвера формируют напряжения V1=25 B для нижней оптопары и V2=35 B для верхней оптопары.
Заряд бутстрепного конденсатора С1 до напряжения 25 В происходит через транзистор VT2, диоды VD1, VD3, стабилитрон VD8 и конденсатор С4. Разряд конденсатора С1 происходит через диод VD2 при включении верхней оптопары, при этом часть заряда конденсатора С1 идет на подзарядку конденсатора С2 до напряжения стабилизации стабилитрона VD5. Осциллограммы напряжений на фиг. 3 приведены для схемы при следующих значениях параметров ее элементов: С1=15 мкФ, С2=2 мкФ, R3=5 кОм, напряжение стабилизации VD5 UCT=10 B, частота коммутации транзисторов 1 кГц, а скважность равна двум. Когда транзистор VT1 отпирается напряжением UGE1=15 B, происходит разряд конденсатора С1 на конденсатор С2. Напряжение UC1 падает, а UC2 растет. При закрытом состоянии VT1: UGE1=-10 B, при этом UC1 растет, а UC2 падает.
Список использованных источников
1. Петров, С. Практика применения в сварочных инверторах драйверов мощных МОП- и IGBT-транзисторов // Современная электроника, №5. - 2010, с. 40-47.
2. Семенов, Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. - М: СОЛОН-Пресс, 2005. - с. 336.
Claims (1)
- Бутстрепный драйвер, содержащий две оптопары, управляющие транзисторами и осуществляющие гальваническую развязку управляющего контроллера от силовой схемы, отличающийся тем, что IN-выводы каждой из оптопар выполнены с возможностью подключения к ним выхода контроллера, VDD-выводы каждой из отптопар выполнены с возможностью их соединения с положительными полюсами источников напряжения, а GND-вывод второй из оптопар выполнен с возможностью подключения его к отрицательным полюсам источников напряжения; OUT-выводы первой и второй оптопар подключены к затворам и эмиттерам первого и второго транзисторов; дополнительно OUT-выводы первой и второй оптопар снабжены защитными цепями, содержащими стабилитроны, а также ограничителями скорости нарастания напряжения на затворах, выполненными в виде параллельно соединенных диода и резистора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017120955U RU182848U1 (ru) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017120955U RU182848U1 (ru) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU182848U1 true RU182848U1 (ru) | 2018-09-04 |
Family
ID=63467630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017120955U RU182848U1 (ru) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU182848U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726330C1 (ru) * | 2019-06-26 | 2020-07-13 | Общество с ограниченной ответственностью "СплавТехКомплект" | Полумостовой преобразователь постоянного напряжения |
RU2752780C1 (ru) * | 2020-12-15 | 2021-08-03 | Общество с ограниченной ответственностью «ТРАНСМАШ» | Программно-аппаратные решения по управлению IGBT модулями на основе драйвера на микроконтроллере |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110080205A1 (en) * | 2009-10-06 | 2011-04-07 | Young Sik Lee | Switch Driving Circuit And Driving Method Thereof |
US20120293219A1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Fsp-Powerland Technology Inc. | Bootstrap gate driver |
-
2017
- 2017-06-14 RU RU2017120955U patent/RU182848U1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110080205A1 (en) * | 2009-10-06 | 2011-04-07 | Young Sik Lee | Switch Driving Circuit And Driving Method Thereof |
US20120293219A1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Fsp-Powerland Technology Inc. | Bootstrap gate driver |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ПЕТРОВ С. Практика применения в сварочных инверторах драйверов мощных МОП- и IGBT-транзисторов, Современная электроника N5, 2010 г., с. 40-47. * |
СЕМЕНОВ Б.Ю., Силовая электроника: от простого к сложному, Москва, СОЛОН-Пресс, 2005 г., с. 336. * |
СЕМЕНОВ Б.Ю., Силовая электроника: от простого к сложному, Москва, СОЛОН-Пресс, 2005 г., с. 336. ПЕТРОВ С. Практика применения в сварочных инверторах драйверов мощных МОП- и IGBT-транзисторов, Современная электроника N5, 2010 г., с. 40-47. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726330C1 (ru) * | 2019-06-26 | 2020-07-13 | Общество с ограниченной ответственностью "СплавТехКомплект" | Полумостовой преобразователь постоянного напряжения |
RU2752780C1 (ru) * | 2020-12-15 | 2021-08-03 | Общество с ограниченной ответственностью «ТРАНСМАШ» | Программно-аппаратные решения по управлению IGBT модулями на основе драйвера на микроконтроллере |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6402591B2 (ja) | 半導体装置 | |
CN107852155B (zh) | 半导体元件的过电流保护装置 | |
US8531212B2 (en) | Drive circuit for voltage-control type of semiconductor switching device | |
US9882465B2 (en) | Commutation cell, power converter and compensation circuit having dynamically controlled voltage gains | |
WO2012153836A1 (ja) | スイッチング回路及び半導体モジュール | |
JP6556712B2 (ja) | スイッチング過電圧を制限するように構成された電力変換器 | |
US20100085105A1 (en) | Circuit arrangement including a voltage supply circuit and semiconductor switching element | |
US20130271187A1 (en) | Driver for semiconductor switch element | |
US9584046B2 (en) | Gate drive circuit and a method for controlling a power transistor | |
US20150381167A1 (en) | Gate drive circuit and a method for controlling a power transistor | |
US20180191339A1 (en) | Gate Driver Controlling a Collector to Emitter Voltage Variation of an electronic Switch and Circuits Including the Gate Driver | |
US10700590B2 (en) | Drive device and power conversion device | |
US10056894B2 (en) | Drive unit of semiconductor element | |
TWM531088U (zh) | Igbt短路檢測保護電路及基於igbt的可控整流電路 | |
EP2854295A1 (en) | Electrical power converter | |
JP5619673B2 (ja) | スイッチング回路及び半導体モジュール | |
JP2018074666A (ja) | 電力変換装置 | |
RU182848U1 (ru) | Бутстрепный драйвер с двухполярным выходом | |
JP5254386B2 (ja) | ゲート駆動回路、およびパワー半導体モジュール | |
US20220045596A1 (en) | Drive circuit for power semiconductor element and power semiconductor module employing the same | |
JP5563050B2 (ja) | ゲート駆動回路、およびパワー半導体モジュール | |
Rodriguez et al. | A comparison of selected silicon and silicon-carbide switching devices for PV microinverter applications | |
JP2018528753A (ja) | スイッチング過電圧を制限するために構成されるパワーコンバータ | |
JP6679967B2 (ja) | 半導体素子の駆動装置 | |
JP2018064148A (ja) | スイッチング回路 |