Ưu điểm của giải pháp sử dụng
2.1. Tính chọn tụ boostrap
IGBT là phần tử điều khiển bằng điện áp, giống như MOSFET,
nên yêu cầu điện áp phải có mặt liên tục trên cực điều khiển và
một kênh của bộ nghịch lưu, điện áp tại chân emitter luôn thay đổi thường là giữa đất và điện áp dương của nguồn một chiều. Do đó
cần phải tạo ra một nguồn điện áp trôi cho mạch lái phía cao để điều khiển cực cửa của IGBT trong khi tín hiệu điều khiển từ vi xử
lý chỉ có mức điện áp +5V so với đất. Có nhiều phương pháp để
thực hiện điều này một trong những cách đó la sử dụng mạch
boostrap. Mạch boostrap bao gồm một điện trở và một tụ điện được nối theo sơ đồ như hình (1-5). Phương pháp này có ưu điểm
là giá thành thấp và dễ thực hiện nhưng bị hạn chế bởi yêu cầu xả điện tích trên tụ boostrap.
Hình (1-5): Sơ đồ mạch boostrap
Điện áp Vbs (điện áp giữa chân Vb và Vs của IC) cấp nguồn cho
mạch kích phía cao của IC. Điện áp này đòi hỏi phải được giữ ở
trong khoảng từ 10V đến 20V để mở hoàn toàn van công suất. Một
số IC của Interational Rectifier tích hợp cả mạch dò điện áp thấp đối với Vbs để đảm bảo rằng IC sẽ không xuất tín hiệu điều khiển
nếu điện áp Vbs thấp hơn giá trị nào đó (được quy định trong datasheet). Điều này ngăn không cho van công suất hoạt động
trong chế độ quá tải.
Nguyên lý hoạt động như sau: khi IGBT phía thấp mở, tụ Cbs
nạp điện qua diode Dbs, điện trở Rbs và van S2 tới gần giá trị 15V,
vì điện thế chân Vs gần như bằng 0. Tụ Cbs được chọn sao cho giữ được hầu hết điện tích khi IGBT phía thấp khóa lại và Vs đạt đến
gần giá trị điện áp dây. Sau đó, Vbs xấp xỉ 15V, mạch phía cao của IC lái được phân cực bởi tụ Cbs. Việc lựa chọn tụ, diode và điện trở
phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Điện áp Vbs phải được duy trì ở giá trị lớn hơn điện áp khóa
(under-voltage lockout) của IC điều khiển.
- Cbs không nạp đến chính xác 15V khi van phía dưới mở do điện áp sụt rên diode Vbs (Vfbs) và điện áp Vceon của S2.
- Khi van phía trên mở, tụ xả điện chủ yế bằng những cơ chế
sau:
+ Điện tích Qg cho việc mở van phía trên.
+ Dòng điện tĩnh (quiscient current) Iqbs cho mạch phía
trên của IC.
+ Điện tích dịch mức (level-shift) QLS yêu cầu bởi mạch
dịch mức (level-shifters) trong IC.
+ Dòng điện rò (leakage current) Idl trên diode boostrap Dbs.
+ Dòn điện rò trên tụ Icbs (bỏ qua nếu dùng tụ
nonelctrolytic)
+ Điện tích phục hồi đảo diode boostrap Qrrbs.
Giá trị tụ boostrap theo tài liệu của nhà sản xuất được tính theo
công thức sau: QBS DL g RSBS LS sw sw FBS CEON(S cc 2) I I Q Q f f C 0,01 V Q V V (1-7) Trong đó:
Qg - điện tích cực cửa cho viêc mở IGBT
QRRBS - điện tích phục hồi đảo diode boostrap
IQBS - dòng điện tĩnh mạch lái phía cao của IC
QLS - điện tích dịch mức bởi bộ dịch mức trong IC
IDL - dòng điện rò trên diode fsw - tần số băm xung
Vcc - điện áp nguồn cho mạch kích phía cao
VFBS - điện áp rơi trên diode
VCEON(S2) - điện ráp giữa cực C và cực E khi IGBT phía
thấp dẫn
Các thông số trên có thể tra trong datasheet của nhà sản xuất.
Với tần số băm xung fsw = 5,2kHZ, em chọn giá trị tụ boostrap Cbs = 10μF.