Моделирование работы силовых элементов ШИМ

Используя результаты предварительного выбора силовых элементов ШИМ и параметров источника питания необходимо построить компьютерную модель и уточнить параметры работы коммутирующего элемента и источника питания.

Пример 2.

Построим компьютерную модель для коммутирующего элемента в соответствии с условиями примера 1.

В системе моделирования mc9 построим модель транзисторного ключа показанную на рис. 2.

Рис. 2. – Схема моделирования транзисторного ключа в mc9

Для выбора параметров источника напряжения V1 необходимо определить требуемое значение напряжения импульсов подаваемых на затвор транзисторного ключа. По техническим характеристикам транзистора IRG4BC15UD определим, что U_GE =15 В.

В качестве источника напряжения V1 используем генератор прямоугольных импульсов с параметрами, показанными на рис. 3.

Рис. 3. – Параметры V1

Принимаем период следования импульсов равным 0,1 от времени установления выходного напряжения, а длительность вершины равной 0,5 от периода, что соответствует выходному напряжению ШИМ приближенно равному половине максимального.

На рис. 4 показаны результаты анализа переходных процессов для тока нагрузки.

Рис. 4. – Анализ тока нагрузки

Из рис. 4 следует, что максимальный ток практически равен 5А

На рис. 5 показаны результаты анализа переходных процессов для напряжения Uec.

Рис. 5. – Анализ переходных процессов для напряжения Uec

Из рис. 5 следует, что напряжение Uec при открытом ключе равно 1,8 В.

На рис. 6 показаны результаты анализа переходных процессов для мощности рассеиваемой транзистором.

Рис. 6. – Анализ переходных процессов для мощности Pк

Из рис. 6 следует, что во время открывании транзисторного ключа на нем кратковременно(20нс) рассеивается мощность 72 Вт, в установившемся режиме рассеиваемая мощность не превышает 8 Вт.

Результаты компьютерного моделирования показывают совпадение с предварительными расчетами.

Предварительный выбор драйвера силовых элементов ШИМ и напряжения питания драйвера

Драйвер силовых элементов нужен для согласования логических уровней цифровых микросхем с необходимым напряжением для управления силовыми элементами, а также обеспечивает необходимый ток в цепи управления.

Для выбора драйвера силовых элементов необходимо знать требуемое значение напряжения импульсов подаваемых на затвор транзисторного ключа, которое определяется его техническими характеристиками. Выходное напряжение, которое способен выдавать драйвер должно превышать необходимое напряжение на затворе транзисторного ключа, а его выходной ток обеспечивать достаточную скорость перезаряда емкости затвора транзистора. Напряжение питания драйвера должно превышать требуемое напряжение на затворе транзисторного ключа на величину падения напряжения на драйвере.

Пример 3.

Произведем предварительный выбор драйвера силовых элементов ШИМ и параметров источника его питания для транзистора IRG4BC15UD.

По техническим характеристикам транзистора IRG4BC15UD определим, что U_GE =15 В, следовательно напряжение источника питания драйвера должно быть превышать 15 В.

Выберем из библиотеки элементов (mc9) драйвер EL7212, который удовлетворяет необходимым требованиям для управления транзистора IRG4BC15UD.В Сети найдем технические данные производителя

(http://www..pdf) из которых следует, что он обеспечивает необходимую задержку выключения (Turn-Off Delay Time) транзистора IRG4BC15UD, а напряжение питания драйвера должно превышать требуемое выходное на 1В.