فایل این مقاله بر اساس Application Report شرکت Texas Instruments، از لینک زیر قابل مشاهده می‌باشد.
Analysis of Power Supply Topologies for IGBT Gate Drivers in Industrial Drives
مقدمه
IGBT ها به میزان قابل توجهی در اینورتر های سه فاز استفاده می شوند که کاربردهای زیادی نظیر درایو های فرکانس متغیر برای کنترل سرعت موتور های AC، منابع تغذیه اضطراری، منابع تغذیه، اینورتر های خورشیدی و دیگر کاربرد های مشابه اینورتر ها را دارند.
در این کاربردها، کنترل سیگنال های PWM برای قطع و وصل کردن وسایل تغذیه شده، پیچیده است که در نهایت سطح خروجی آن تعیین می شود. به عنوان مثال؛ سرعت، موقعیت و گشتاور موتور ها یا ولتاژ، فرکانس و فاز خروجی اینوتر. این سیگنالهای کنترلی معمولا خروجی های یک میکروکنترلر و در سطوح ولتاژی کم نظیر ۳٫۳ یا ۵ ولت هستند. کنترل گیت برای IGBT ها در رنج حدود ۱۵ تا ۲۰ ولت ضروری است و نیازمند توانایی جریان دهی بالا برای توانمند بودن در درایو بارهای با جریانهای خازنی بزرگ تغذیه شده توسط این ترازیستور های توان می باشد. نه تنها لازم است تا گیت درایو با مبنای ولتاژ امیتر توسط اینوتر اعمال شود، بلکه پایه امیتر IGBT بالایی نیز بین صفر تا ولتاژ DC باس جا به جا می شود که در محدود چند صد ولت اندازه آن می باشد. همان طور که IGBT می تواند نسبت به زمین از نظر ولتاژی شناور باشد، هم منبع تغذیه و هم گیت باید از نظر مداری از زمین اینورتر ایزوله باشند. این مسئله ما را به تعدادی ساختار دایور گیت محدود می کند:
• درایور گیت با جدا سازی پتانسیل
• درایور گیت بدون جدا سازی پتانسیل
منابع تغذیه درایور گیت
گیت درایور های ایزوله IGBT
اینورتر های پل سه فاز معمولا گیت درایور های اختصاصی برای هر IGBT برای کنترل عملکرد IGBT ها دارند. در چنین شرایطی، هر درایور منع تغذیه اختصاصی خودش،همان طور که در شکل زیر نمایش داده شده است، را دارد.
در طی مدت زمان اتصال، ولتاژ گیت-امیتر IGBT بین ۱۳٫۵ و ۱۶٫۵ ولت نگاه داشته می شود. بنابراین Vse(sat) تا حد امکان پایین نگاه داشته می شود تا تلفات هدایتی حداقل شود. در طی مدت زمان خاموشی IGBT، ولتاژ گیت-امیتر معمولا در حداقل -۵ ولت نگاه داشته می شود تا مطمئن شویم که دستگاه به صورت ناغافل روشن نشود!
برای کاربرد های توان متوسط، یک منبع تغذیه متداول می تواند برای گیت درایو IGBT پایینی استفاده شود اما با خازنهای جداگانه برای هر کلید قدرت، جایی که امیتر سویچ به زمین خازن متناظر وصل است. برای این شیوه قرارگیری، تصویر زیر را ببینید.
تحت شرایط معین شبیه استفاده گیت درایور های با عملکرد miller clamp می توان از ولتاژ منفی گیت اجتناب کرد.
تغذیه IPMها
ماژول قدرت هوشمند (IPM)، یک نوع دستگاه مدوله شده، با IGBT و مدارهای دارای عملکرد پردازش سیگنال، خود محافظ و دارای قدرت تشخیص است. این مسئله مزایایی مثل استفاده از حجم کوچک، وزن سبک، طراحی ساده و قابلیت اطمینان بالا را فراهم می کند. همانطور که IPM دارای سیم کشی کوتاه بین گیت درایو و IGBT است و سطوح قدرت آن کوچک است، کنترل بدون reverse bias امکان پذیر است.
بسیاری از IPM های کم قدرت تنها بر روی منبع تغذیه با ولتاژ ۱۵ ولت کار می کنند و از گیت درایور های boot-based استفاده می کنند. در چنین مواردی کافی است تنها ۱۵ ولت با توانایی داریو شش گیت درایور تولید کنیم. شکل زیر چنین مثال هایی از IPM را نشان می دهد.
شکل زیر IPM با پیش درایور جداگانه و شخصی را نشان می دهد. این پیکربندی نیاز به چهار منبع تغذیه کنترلی، یک منبع برای همه IGBT های پایین تر و سه منبع برای IGBT های بالایی با مدار ایزوله شده مناسب دارد. ولتاژ تغذیه هر پیش درایور معمولا در محدوده ۱۳٫۵ ولت تا ۱۶٫۵ ولت با مقدار معمول ۱۵ ولت است.
