Контроллер преобразователя частоты формирует слабые логические сигналы, а силовому транзистору нужно другое: мощные импульсы тока в затвор, отрицательное напряжение для надёжного выключения и развязка от высокого напряжения. Всё это делает драйвер IGBT. А самое ценное в нём — защита от короткого замыкания.
Что делает драйвер
- Гальваническая развязка. Эмиттер верхнего транзистора «прыгает» между «минусом» и «плюсом» звена постоянного тока — сотни вольт тысячи раз в секунду. Драйвер передаёт сигнал через изолирующий барьер, и контроллер остаётся в безопасности.
- Правильные напряжения на затворе. Обычно +15 В для включения и от −5 до −15 В для выключения. Отрицательное напряжение надёжно держит транзистор закрытым, когда соседний переключается.
- Большой ток затвора. Затвор — это конденсатор на десятки нанофарад. Чтобы переключить его за доли микросекунды, нужны импульсы тока в единицы ампер.
- Защиты: от короткого замыкания, от пониженного напряжения питания, от паразитного открытия.
Какие бывают драйверы
| Тип | Как устроен | Где встречается |
|---|---|---|
| Оптрон-драйвер | Светодиод и фотоприёмник с мощным выходным каскадом в одном корпусе. Бывают с защитой DESAT и без неё | Преобразователи малой и средней мощности |
| Драйвер с магнитной или ёмкостной развязкой | Сигнал передаётся через миниатюрный трансформатор или конденсатор внутри микросхемы. Быстрее и стабильнее оптронов, обычно с DESAT и другими защитами | Современные приводы всех мощностей |
| Готовая плата драйвера | Законченный модуль с развязанным питанием, защитами и настройкой под конкретный IGBT | Мощные приводы, модули на сотни и тысячи ампер |
| Бутстрепный драйвер без развязки | Высоковольтная микросхема, верхний ключ питается от «подкачивающего» конденсатора | Приводы малой мощности, бытовая техника |
| Оптрон с транзисторным усилителем | Обычный оптрон и простой выходной каскад на транзисторах. Защиты от короткого замыкания нет | Недорогие приводы; часто — цепь тормозного ключа |
Какие защиты встроены
- DESAT — защита от короткого замыкания. Подробно ниже.
- UVLO — блокировка при пониженном питании драйвера. При недостаточном напряжении на затворе IGBT открывается не полностью и перегревается, поэтому драйвер не даёт ему включиться.
- Активное удержание затвора (Miller clamp). При переключении соседнего транзистора через ёмкость коллектор — затвор на затвор наводится импульс, способный открыть закрытый транзистор. Драйвер надёжно замыкает затвор на «минус».
- Плавное выключение (soft shutdown). При аварии ток выключают медленнее обычного, чтобы индуктивность цепей не создала выброс напряжения выше допустимого.
- Сигнал FAULT — сообщение контроллеру об аварии. Контроллер снимает сигналы со всех транзисторов, а на дисплее появляется ошибка перегрузки по току или короткого замыкания.
Как работает защита DESAT
В открытом состоянии IGBT находится в насыщении: напряжение между коллектором и эмиттером невелико — 1,5–3 В даже при номинальном токе. При коротком замыкании ток за микросекунды вырастает в 4–6 раз, транзистор выходит из насыщения, и напряжение на нём поднимается до напряжения звена — сотен вольт. Отсюда название: десатурация, выход из насыщения.
- Вывод DESAT драйвера подключён к коллектору IGBT через высоковольтный диод и резистор. Внутри драйвера — источник небольшого тока (около 0,25 мА) и компаратор с порогом 7–9 В.
- Пока транзистор открыт и в насыщении, диод открыт, ток источника уходит в коллектор, и напряжение на выводе DESAT остаётся низким.
- При коротком замыкании напряжение на коллекторе растёт, диод закрывается. Ток источника начинает заряжать небольшой конденсатор на выводе DESAT.
- Когда напряжение на конденсаторе достигает порога, драйвер плавно выключает транзистор и сообщает контроллеру об аварии.
Ёмкость конденсатора задаёт время бланкирования — обычно 1–3 мкс. Оно нужно, чтобы защита не срабатывала в момент обычного включения, пока напряжение на транзисторе ещё не успело упасть.
Где защиты DESAT нет
В недорогих приводах и в цепи тормозного ключа многих азиатских и некоторых европейских преобразователей частоты транзистором управляет простой оптрон без DESAT. При замыкании в нагрузке такой транзистор выключить некому — он сгорает. Подробно — в статье «Цепь торможения ПЧ: как работает тормозной IGBT».
Что важно при ремонте
- После выхода из строя IGBT-модуля обязательно проверьте драйверы: при взрыве модуля высокое напряжение часто попадает в цепь затвора и выводит драйвер из строя. Новый модуль с неисправным драйвером сгорит при первом включении.
- Проверьте диоды DESAT: пробитый диод отключает защиту, диод с утечкой вызывает ложные срабатывания.
- Проверьте конденсаторы бланкирования и резисторы в цепи затвора — от них зависят время реакции защиты и скорость переключения.
- Проверьте питание драйверов (+15 и −8 В) под нагрузкой: высохшие конденсаторы в источнике питания драйверов — частая причина ошибок и нагрева модулей.
- Сравните ёмкость затворов транзисторов — см. «Как проверить IGBT: p-n переходы и ёмкость затвора».
Остались вопросы по вашему приводу? Инженер ответит в рабочее время.
Задать вопрос инженеру