ДРАЙВЕР СИЛОВОГО МОДУЛЯ

Полезная модель относится к области силовой электроники, в частности к формирователям импульсов управления ключевыми компонентами силовых схем, и может быть использована при проектировании силовых модулей, в том числе интеллектуальных.
Известен драйвер управления силового модуля, содержащий блок гальванической развязки и блок формирования сигнала управления, непосредственно подключенного к входной цепи ключа силового модуля (US 5596466 А, 21.01.1997).
Недостатком данного решения является недостаточная мощность сигнала на выходе драйвера, что требует подключения внешнего усилительного транзистора.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому решению является драйвер силового модуля, содержащий блок гальванической развязки, блок формирования сигналов управления и блок усиления мощности выходного сигнала управления, подключенные к положительной и общей шине питания, при этом во входную цепь блока гальванической развязки поступает логический сигнал, выход блока гальванической развязки соединен со входом блока формирования сигналов управления, а выход блока формирования сигналов управления соединен со входом блока усиления мощности выходного сигнала управления (US 7315439 А1, 02.09.2004). В устройстве прототипа блок усиления мощности выходного сигнала управления выполнен на двух транзисторах, соединенных по схеме эмиттерных повторителей, выход которых подключен к входной цепи ключа силового модуля. Недостатком данного решения является то, что для формирования двухполярного сигнала управления необходимо применение двух источников постоянного напряжения, а также положительной, общей и отрицательной шин питания. Другим недостатком прототипа является возможное возникновение сквозных токов между транзисторами блока усиления мощности выходного сигнала управления, из-за инерционности процессов их коммутации. Еще одним недостатком данного решения является необходимость применения развязывающих диодных цепей для раздельного подключения резисторов ограничения зарядного и разрядного тока, если номиналы данных резисторов отличны друг от друга.
Технической задачей предлагаемого решения является упрощение схемы питания драйвера силового модуля, повышение эффективности его работы и увеличение мощности выходного сигнала.
Технический результат предлагаемого устройства заключается в следующем:
1. устройство питается от однополярного источника постоянного напряжения, формируя при этом двухполярный сигнал управления за счет выполнения блока усиления мощности выходного сигнала управления по схеме моста;
2. устройство защищено от сквозных токов между транзисторами блока усиления мощности сигнала управления, за счет подключения ограничительных резисторов непосредственно в плечи моста;
3. устройство обладает возможностью изменения зарядного и разрядного тока в выходной цепи импульса управления, за счет применения в плечах моста резисторов отличных друг от друга номиналов.
Технический результат достигается тем, что драйвер силового модуля, содержащий блок гальванической развязки, блок формирования сигналов управления и блок усиления мощности выходного сигнала управления, подключенные к положительной и общей шине питания, при этом во входную цепь блока гальванической развязки поступает логический сигнал, выход блока гальванической развязки соединен со входом блока формирования сигналов управления, а выход блока формирования сигналов управления соединен со входом блока усиления мощности выходного сигнала управления, блок усиления мощности выходного сигнала управления выполнен по схеме моста, нижние плечи которого представляют собой ключи, присоединенные к общей шине питания, верхние плечи моста образованы последовательным соединением резисторов ограничения тока и ключей, присоединенных к положительной шине питания, при этом диагональ моста образует выходную цепь драйвера силового модуля.
Сущность предложенного решения и его технический результат поясняются соответствующими чертежами.
На Фиг. 1. показан драйвер силового модуля.
На Фиг. 2 показано подключение драйвера силового модуля к входной цепи одного из ключей силового модуля с обозначением контуров зарядного и разрядного тока входной емкости ключа.
На Фиг. 3 показаны синхронизированные во времени диаграммы входного логического сигнала управления, сигналов управления ключами схемы моста и выходного импульса управления драйвера силового модуля.
Драйвер силового модуля (Фиг. 1) содержит блок гальванической развязки 1, блок формирования сигналов управления 2, блок усиления мощности выходного сигнала управления 3, подключенные к положительной 4 и общей 5 шине питания. Во входную цепь 6 блока гальванической развязки 1 поступает логический сигнал, выход блока гальванической развязки 1 соединен со входом блока формирования сигналов управления 2, а выход блока формирования сигналов управления 2 соединен со входом блока усиления мощности выходного сигнала управления 3. Блок усиления мощности выходного сигнала управления 3 выполнен по схеме моста 7, нижние плечи которого представляют собой ключи 8 и 9, присоединенные к общей шине питания 5, верхние плечи моста 7 образованы последовательным соединением резисторов ограничения тока 10 и 11 и ключей 12 и 13, присоединенных к положительной шине питания 4, при этом диагональ моста 7 образует выходную цепь 14 драйвера силового модуля.
Рассмотрим работу заявляемого устройства на примере схемы подключение драйвера силового модуля к входной цепи одного из ключей силового модуля (Фиг. 2).
На Фиг. 2 показано подключение выходной цепи 14 драйвера силового модуля к входной цепи затвор (З) - эмиттер (Э1) биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), выходная цепь которого обозначена узлами коллектор (К) и эмиттер (Э2). Двойное обозначения эмиттера силового транзистора символами Э1 и Э2 показывают разделение управляющего и силового выводов цепи эмиттера прибора.
Пусть во входную цепь 6 блока гальванической развязки 1 поступают логические сигналы от системы управления. При этом нижний узел входной цепи 6, непосредственно связанный с общей шиной системы управления, гальванически развязан с общей шиной питания 5 драйвера силового модуля, что показано на Фиг. 2 различными символами обозначения шин нулевого потенциала. Затем гальванически развязанный с системой управления информационный сигнал с выхода блока гальванической развязки 1 поступает на вход блока формирования сигналов управления 2. Блок формирования сигналов управления 2 вырабатывает импульсы управления ключами 9, 12 и 8, 13 блока усиления мощности выходного сигнала управления 3. При этом импульсы управления ключами 9, 12 синхронизированы с длительностью логических сигналов от системы управления, поступающих во входную цепь 6, а импульсы управления ключами 8, 13 синхронизированы с паузой данных логических сигналов. При замкнутых ключах 9,12 в выходной цепи 14 драйвера силового модуля вырабатываются импульсы положительной полярности, обеспечивающие зарядный ток для входной емкости затвор (З) - эмиттер (Э1) силового ключа. Контур протекания зарядного тока показан на Фиг. 2 сплошной линией. Амплитуда зарядного тока ограничивается сопротивлением резистора 10, соединенным последовательно с ключом 12. При замкнутых ключах 8,13 в выходной цепи 14 драйвера силового модуля вырабатываются импульсы отрицательной полярности, обеспечивающие разрядный ток для входной емкости затвор (З) - эмиттер (Э1) силового ключа. Контур протекания разрядного тока показан на Фиг. 2 пунктирной линией. Амплитуда разрядного тока ограничивается сопротивлением резистора 11, соединенным последовательно с ключом 13. Схема моста вырабатывает двухполярный выходной импульс драйвера в его выходной цепи 14 при однополярном источнике напряжения постоянного тока подключаемого между шинами питания 4 и 5. Разные номиналы сопротивлений резисторов 10 и 11 позволяют устанавливать отличные друг от друга амплитуды зарядного и разрядного тока драйвера. Наличие резисторов ограничения тока 10 и 11 в схеме моста обеспечивают отсутствие сквозных токов между ключами 12,8 и 13,9 верхних и нижних плеч моста 7. В отличие от прототипа ключи 8,9,10 и 11 моста 7 работают в ключевом режиме, что позволяет увеличивать токовую нагрузку и мощность выходного сигнала управления в цепи 14 драйвера.
Синхронизированные во времени диаграммы входных логических сигналов управления во входной цепи 6, сигналов управления ключами 9,12 и 8,13 схемы моста 7 и выходного импульса управления на выходе 14 драйвера силового модуля показаны на Фиг. 3.