В этой статье обсуждается реализация схем блокировки для мостовых схем под управлением различных драйверов, включая распространенные управляющие устройства, такие как драйверы оптронов, драйверы полумостов и интегрированные силовые модули IPM.
В таких приложениях, как приводы двигателей и инверторные источники питания, мостовые схемы являются самой базовой топологией.Типичная трехфазная мостовая инверторная схема показана на рисунке 1 ниже. Для любого плеча моста в мостовой схеме верхняя и нижняя трубки обычно используют метод проводимости 180°, то есть верхняя и нижняя трубки являются взаимодополняющими переключателями. Чтобы избежать прямого соединения верхней и нижней трубок, проводимость Время работы верхней и нижней трубок можно расположить в шахматном порядке, вставив мертвую зону. Однако в реальных приложениях микроконтроллер может привести к тому, что сигналы возбуждения верхней и нижней трубки будут иметь высокий уровень (эффективный уровень) одновременно из-за путаницы в программе или перевода ввода-вывода на высокий уровень по умолчанию во время включения питания, что приводит к одновременному проведению сигналов управления. верхнюю и нижнюю трубки (Shoot Through).), что может иметь серьезные последствия в виде перегорания силового модуля. Блокировка или схема блокировки предназначены для таких условий работы и могут эффективно повысить надежность системы.
Рисунок 1 Трехфазная мостовая схема
Согласовано, что HI и LI являются входными управляющими сигналами верхнего и нижнего плеча, HO и LO являются выходными управляющими сигналами верхнего и нижнего плеча, и все действительные сигналы имеют высокий уровень. Логика блокировки заключается в том, что как только HI и LI одновременно имеют высокий уровень, HO и LO одновременно выдают низкий уровень.Таблица истинности выглядит следующим образом:
Ввод, вывод
ХИЛИХОЛО
ХЛХЛ
ЛГ
ЛЛЛЛ
ХХЛЛ
Таблица 1. Таблица истинности взаимосвязи
Поскольку в реальных приложениях для разных приложений и разных силовых устройств выбираются разные драйверы, такие как драйверы оптронов, драйверы полумостов, интегрированный драйвер IPM и т. д., соответствующие реализации схем блокировки также различны, поэтому здесь соответствующие схемы блокировки: суммированы для этих трех общих факторов.
1. Драйвер оптопары (совместимый)
Драйвер оптопары представляет собой классическое управляющее устройство, функция поддержки управления с двойной изоляцией источника питания делает его широко используемым в управлении IGBT. UCC23513 компании TI — это типичный драйвер, совместимый с оптронами, входной каскад которого представляет собой электронный диод, имитирующий диодный вход традиционной оптопары. Этот тип входа представляет собой типичный «дифференциальный» входной каскад, то есть состояние выхода зависит от разности напряжений между двумя входными контактами (АНОД и КАТОД). Схема блокировки этого входного каскада относительно проста в реализации. Как показано в следующей схеме вы можете использовать буферы уровней, такие как SN74ACT244, для реализации функций блокировки.
Рисунок 2. Схема блокировки драйвера оптопары.
Для разработки конкретных параметров схемы и тестирования формы сигнала обратитесь к TIDA-010025 и «Драйверы взаимосвязанных затворов для повышения надежности трехфазных инверторов», которые здесь не будут повторяться. Эта конструкция также подходит для других традиционных драйверов оптронов или драйверов с "дифференциальными" входными каскадами. На рисунке 3 ниже показана диаграмма распределения контактов ISO5451. Его входные контакты представляют собой входы с положительной и отрицательной логикой. Вышеупомянутая схема также может быть применена. Как показано на рисунке Рисунок 4 ниже.
Рис. 3. Распределение контактов ISO5451.
Рисунок 4. Схема блокировки ISO5451.
2. Драйвер полумоста
Драйверы полумоста часто используются для управления неизолированными МОП-транзисторами. LM5109B представляет собой типичный драйвер полумоста. Его блок-схема выглядит следующим образом:
Рисунок 5. Драйвер полумоста.
Поскольку входной каскад драйвера полумоста является несимметричным входом, схему блокировки драйвера оптопары использовать нельзя. Для несимметричного входа схема блокировки может быть реализована с использованием инверторов, буферов и логических элементов И. Блок-схема выглядит следующим образом:
Рисунок 6. Схема блокировки логического вентиля.
Легко проверить, что приведенная выше комбинированная схема удовлетворяет таблице истинности блокировки.На следующем рисунке показана схема блокировки, состоящая из SN74ACT244 (буфер), SN74ACT240 (инвертор) и SN74ACT08. Схема построена PSpice для TI.
Рисунок 7. Реализация схемы блокировки логического вентиля.
Используйте PSpice для TI для выполнения последовательного моделирования схемы.Результаты моделирования показаны ниже.Формы сигналов сверху вниз: HI/LI/HO/LO.Видно, что результаты моделирования согласуются с анализом.
Рисунок 8. Результаты моделирования схемы блокировки логического вентиля.
При фактическом использовании, если вышеупомянутые дискретные устройства используются для построения схемы блокировки, они займут больше площади печатной платы и увеличат количество устройств и стоимость. Для этой цели компания Texas Instruments также предоставляет интегрированные полумостовые драйверы с блокировкой, один из них — LM5108, его блок-схема выглядит следующим образом:
Рис. 9 Блок-схема LM5108 со встроенной блокировкой
Видно, что LM5108 также использует логические элементы И для реализации логики блокировки, что значительно упрощает конструкцию периферийных устройств.
3. Встроенный модуль питания IPM.
В бытовой технике, преобразователях частоты малой и средней мощности или сервоприводах широко используются интегрированные силовые модули IPM.Блок-схема IPM выглядит следующим образом:
Рис. 10 Типичная блок-схема IPM
IPM, как и полумостовой драйвер, представляет собой несимметричный вход. Разница в том, что IPM часто комбинируется с оптопарой или цифровым изолятором для формирования изолирующего каскада привода. Поэтому, когда оптопара используется в качестве изолирующего Устройство, вышеупомянутый первый драйвер оптопары может использоваться непосредственно для взаимодействия друг с другом. Если в качестве изолирующего устройства используется цифровой изолятор, после цифрового изолятора необходимо добавить дискретную цепь блокировки, как показано на рисунке ниже:
Рисунок 11. Схема дискретной блокировки с цифровым изолятором.
Для такого рода условий работы, чтобы упростить конструкцию, компания Texas Instruments недавно выпустила ISO6760L со встроенными блокировочными каналами.В дополнение к превосходным изоляционным характеристикам усиленной изоляции класса 5 кВ он также включает три пары взаимосвязанных изоляционных каналов внутри, который очень подходит для изоляции IPM.В ситуациях вождения типичная блок-схема приложения выглядит следующим образом:
Рисунок 12. Блок-схема приложения ISO6760L со встроенной блокировкой.
В практических приложениях соответствующая схема блокировки может быть выбрана в соответствии с различными типами драйверов.Для полумостовых драйверов и IPM для упрощения конструкции можно использовать полумостовой драйвер и цифровой изолятор ISO6760L компании Texas Instruments со встроенной функцией блокировки.
