Передача управляющих сигналов и энергия управления

Управляющий сигнал и энергия управления должна быть передана от управляющего устройства к каскаду драйвера, который, в свою очередь, передает дальше управляющие и сигналы ошибки и, если потребуется, аналоговые измеренные значения (ток, температура, напряжение питания (по выбору)).

Рис. 3.43. Принципы селекции сигнала и передачи энергии
а) максимальный вариант
b) с общим источником энергии верхних драйверов
с) схема с компенсирующей обратной связью
d) схема сдвига уровня

S_TOP, S_BOT: управляющие сигналы для верхнего /нижнего ключей

P_TOP, P_BOT: энергия управления для верхнего /нижнего ключей

В большинстве случаев сигналы передаются через оптические или трансформаторные (индуктивные) изоляторы потенциала или через квази-изоляторы потенциала, такие как цепи с длинными линиями или со сдвигом уровня. На рис.3.43 показана наиболее важная схема передачи сигнала и энергии.

На рис.3.43а общая конфигурация с изоляцией потенциала управляющих сигналов (S) и управляющей энергии (Р), по одному на каждый драйвер. Такая конфигурация предпочтительней (кроме дешевых устройств), так как имеет низкую восприимчивость к помехам и минимальные взаимные влияния ключей.

Вариант b) содержит раздельную изоляцию потенциалов для управляющих сигналов и всех нижних драйверов, и только одно общее разделение потенциалов для управляющей энергии нижних драйверов. Это используется в основном в маломощных устройствах и предпочтительно в большинстве IPM.

Принцип схемы с компенсирующей обратной связью для питания верхних ключей без реальной изоляции потенциалов показан на рис 3.43с. Рис.3.43d представляет схему для сдвига уровня, где сигнал управления STOP передается без гальванической развязки через высоковольтный источник тока. Простым решением для устройств с очень коротким временем коммутации является управление затвором напрямую через импульсный трансформатор, который будет передавать управляющие сигналы, модулированные управляющей энергией (переменное напряжение) [277].

Наиболее важными требованиями к гальванической развязке являются высокое напряжение изоляции (2.5.4.5 кВэфф) и значительная dv/dt- выносливость (15.75 кВ/мкс). Высокую dv/dt- выносливость можно получить при малых взаимных емкостях в пределах пФ- диапазона с первичной во вторичную сторону. Это будет минимизировать передачу помех, вызванных токами смещения при коммутации (рис.3.44).

Рис. 3.44. Эквивалентные взаимные емкости в полумостовом драйвере с изоляцией потенциалов

С_ps1: емкость между первичной и верхней вторичной стороной

С_ps2: емкость между первичной и нижней вторичной стороной

С_ss: емкость между верхней и нижней вторичными сторонами