गेट सर्किट में रोकनेवाला या इसे सही कैसे करना है

सभी को शुभ दिन!

यह छोटा लेख संभवतः उन डेवलपर्स के लिए एक धोखा पत्र बन जाएगा, जो विश्वसनीय और प्रभावी पावर सेमीकंडक्टर स्विच कंट्रोल सर्किट डिजाइन करना चाहते हैं, अनुभवी विशेषज्ञों के पुराने ज्ञान को अद्यतन करते हैं और ताज़ा करते हैं, या शायद कम से कम कहीं पर पाठकों के मेमोरी डिब्बे को खरोंचते हैं।

मुझे इनमें से किसी भी मामले में बहुत खुशी होगी।

इस लेख में मैं बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए गेट प्रतिरोधों की पसंद के सबसे सामान्य प्रश्नों का वर्णन करने की कोशिश करूंगा। यह विभिन्न साहित्य से मेरे द्वारा रचित ज्ञान पर आधारित है, जो कि युनिस, इनफिनन, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स के साथ-साथ मामूली अभ्यास से प्रेरित है। यह ध्यान देने योग्य है कि यह जानकारी प्रत्येक पावर कुंजी के लिए सीधे सार्वभौमिक सिफारिशें प्रदान नहीं करती है। फिर भी, यह विश्लेषण करना संभव है कि क्या धारणाएं महत्वपूर्ण हो सकती हैं और असतत बिजली ट्रांजिस्टर के साथ-साथ बिजली मॉड्यूल के लिए गेट प्रतिरोधों की पसंद पर उनका क्या प्रभाव हो सकता है।

मूल बातें

गेट रोकनेवाला पावर ट्रांजिस्टर के चालक और खुद ट्रांजिस्टर के गेट के बीच सर्किट में स्थित है, जैसा कि लेख के हेडर में छवि में दिखाया गया है।

गेट पर लागू वोल्टेज के लिए खुला या बंद फ़ील्ड कुंजी (IGBT / MOSFET) निर्भर करता है। इस वोल्टेज चार्ज में बदलाव या पावर डिवाइस के गेट कैपेसिटेंस को डिस्चार्ज करता है, जिसमें गेट-कलेक्टर क्षमता होती है $$$C_ {gc}$ और शटर-एमिटर $$$C_ {ge}$ और शटर की एक छोटी सी क्षमता। कुंजी की इनपुट क्षमताओं का प्रभार इसे चालू (चालू) करेगा $$$I_ {g.chrg}$ ), और निर्वहन बंद हो जाएगा (वर्तमान) $$$I_ {g.dischrg}$ )।



इस सर्किट में अवरोधक इनपुट कैपेसिटी के चार्ज / डिस्चार्ज करंट को सीमित करता है, इसके अतिरिक्त, एक सही ढंग से चयनित रेसिस्टर कुंजी को स्वतःस्फूर्त रूप से खोलने की अनुमति नहीं देगा, जो कभी-कभी हो सकता है, कुंजी के पावर टर्मिनलों में वोल्टेज में तेजी से बदलाव के कारण, उदाहरण के लिए, यह तब हो सकता है जब आसन्न पुल में आधा-पुल टोपोलॉजी हो। कुंजी खुलती है। इस मामले में, क्षमता $$$C_ {ge}$ गेट रोकनेवाला के माध्यम से बहने वाला वर्तमान रिचार्ज किया जाता है और उस पर वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनता है, जो कुंजी को खोल सकता है। इसके अलावा, सेमीकंडक्टर क्रिस्टल के बढ़ते तापमान के साथ कुंजी खोलने की सीमा अक्सर काफी गिर जाती है।

आपको "सही" रोकनेवाला चुनने और जानने की आवश्यकता है

1. अधिकतम ड्राइवर चार्ज / डिस्चार्ज करंट

किसी भी चालक माइक्रोकिरिट में एक पैरामीटर होता है जैसे कि अधिकतम आउटपुट करंट। यदि कुंजी को खोलते / बंद करते समय गेट करंट अधिकतम आउटपुट करंट से अधिक होता है, तो ड्राइवर विफल हो सकता है, इसलिए, इस स्थिति में, गेट रेसिस्टर ड्राइवर के आउटपुट करंट को सीमित कर देगा।

आप एक समतुल्य सर्किट मॉडल बना सकते हैं, जिसमें से रोकनेवाला के आवश्यक मूल्य की गणना करने के लिए:



सरल संदर्भों के बाद, हम ड्राइवर की गणना के लिए सूत्र प्राप्त कर सकते हैं, और एक गेट अवरोधक चुन सकते हैं ताकि अधिकतम स्वीकार्य चालक मापदंडों से अधिक न हो:

$$

$$I_ {g.chrg} = \ frac {V_ {CC} -V_ {EE}} {R_ {drv.ON} + R_g},$$

$$

$$I_ {g.dischrg} = \ frac {V_ {CC} -V_ {EE}} {R_ {drv.OFF} + R_g}। $$$

2. बिजली अपव्यय

इसके अलावा, गेट रोकनेवाला के महत्वपूर्ण कार्यों में से एक ड्राइवर माइक्रोक्रेकिट के आउटपुट चरण को फैलाना है। उपरोक्त मॉडल के अनुसार, बिजली अपव्यय की गणना निम्न सूत्रों का उपयोग करके की जा सकती है:

$$

$$P_ {g.chrg} = \ frac {Q_g} {2} \ _ cdot (V_ {CC} -V_ {EE}) \ cdot f_ {sw} \ cdot \ frac {R_ / drv.ON}} {R_ { drv.ON} + R_g},$$

$$

$$P_ {g.dischrg} = \ frac {Q_g} {2} \ _ cdot (V_ {CC} -V_ {EE}) \ cdot f_ {sw} \ cdot \ frac {R_ / drv.OFF}} {R_ { drv.OFF} + R_g}।$$

यहां $$$Q_g$ - कुंजी का शटर चार्ज, और $$$f_ {sw}$ - स्विचिंग आवृत्ति।
एक रोकनेवाला की गणना और चयन करने के बाद, निम्नलिखित स्थिति का निरीक्षण करना महत्वपूर्ण है:

$$

$$P_ {g.chrg} + P_ {g.dischrg} + P_ {drv} <P_ {drv.MAX},$$

जहाँ $$$P_ {drv}$ - खुद के ड्राइवर की खपत।

अभी भी एक छोटा सा नोट है, ज्यादातर डेटाशीट्स में चाबियाँ कुछ शर्तों के तहत शटर चार्ज को इंगित करती हैं, उदाहरण के लिए, + 15 वी ... -15 वी के शटर नियंत्रण वोल्टेज के साथ, यदि आपके सर्किट में एक अलग नियंत्रण वोल्टेज है, उदाहरण के लिए + 15 वी ... वीवी, या +15। ... -8 V, यह शटर चार्ज को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए पर्याप्त है, जिससे निम्नलिखित रिश्तों को मदद मिलेगी:

$$

$$Q_ {g (0 ... 15V)} = 0.6 \ cdot Q_g,$$

$$

$$Q_ {g (-8 V ... 15V)} = 0.75 \ cdot Q_g$$

3. चालू गति और विद्युत चुम्बकीय संगतता

चलो गेट रोकने वाले के प्रतिरोध के एक समारोह के रूप में स्विचिंग नुकसान पर विचार करें। मैं हाल ही में अपने छोटे प्रोजेक्ट में इस्तेमाल की जाने वाली चाबी - आईकेडब्ल्यू 40 एन 120 को इनफिन के पसंदीदा में से ले जाऊंगा:



जैसा कि आप देख सकते हैं, जैसे ही शटर प्रतिरोध बढ़ता है, स्विचिंग गति कम हो जाती है और स्विचिंग घाटे में वृद्धि होती है। तदनुसार, यह एक पूरे के रूप में सिस्टम की दक्षता को प्रभावित करेगा। इसके विपरीत, यदि आप एक कम शटर प्रतिरोध लागू करते हैं, तो स्विचिंग तेज हो जाएगी और नुकसान कम हो जाएगा, लेकिन वर्तमान और वोल्टेज में तेजी से वृद्धि के कारण शोर बढ़ जाएगा, जो तब महत्वपूर्ण हो सकता है जब आपको विद्युत चुम्बकीय संगतता की आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता होती है, इसलिए, आपको शटर प्रतिरोध को बहुत सावधानी से चुनना होगा ।

4. एक ही "सहज" समावेश

शुरुआत में, जब मैंने गेट रोकने वाले के कार्यों के बारे में लिखा था, तो मैंने अनायास चालू करने की कुंजी का उल्लेख किया। ऐसा होने से रोकने के लिए, आप उस वोल्टेज की गणना कर सकते हैं, जो ट्रांजिस्टर के गेट पर दिखाई दे सकता है, नीचे दी गई छवि को देखें और दो छोटे सूत्र लिखें:

$$

$$I_ {dischrg} = C_ {gc} \ cdot \ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t} V_ {Ce},$$

$$

$$U_g = I_ {dischrg} \ cdot (R_g + R_ {drv.OFF}) $$$

और यह मत भूलो कि कुंजी का उद्घाटन वोल्टेज दृढ़ता से क्रिस्टल के तापमान पर निर्भर करता है, और इसे भी ध्यान में रखना होगा।

निष्कर्ष

अब हमारे पास गेट प्रतिरोधक के रूप में पावर सर्किट के ऐसे सरल तत्व की पहली नज़र में इष्टतम (कुछ हद तक) चयन के सूत्र हैं।

यह संभव है कि आपको यहां कुछ नया नहीं मिला हो, लेकिन मुझे उम्मीद है कि कम से कम यह नोट उपयोगी होगा।

इसके अलावा, बिजली के प्रमुख प्रबंधन के क्षेत्र सहित, मेरे क्षितिज को व्यापक बनाने के लिए, मैं आपको दृढ़ता से सलाह देता हूं कि आप सभी प्रकार के लेखों को पढ़ने के लिए सप्ताह में एक या दो घंटे समर्पित करें और विशेष रूप से पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के प्रख्यात निर्माताओं से अपील करें कि ड्राइवर चिप्स के उपयोग के बारे में। मुझे यकीन है कि आपको वहां कई दिलचस्प चीजें मिलेंगी। शुरू करने के लिए, और इस विषय में गहराई से जानने के लिए, मैं यह सुझाव देता हूं ।

पढ़ने के लिए धन्यवाद!