Przedstawiamy Państwu nasz kolejny eksperymentalny sterownik bramki tranzystora IGBT, który powstał tylko i wyłącznie w celu formowania wysokoprądowych impulsów elektrycznych z baterii superkondensatorów. Te przypominające puszki ze znanym napojem kondensatory już zapewne Państwo z innych naszych opracowań znacie. W poprzednim eksperymencie udało nam się skutecznie uszkodzić dość drogi tranzystor więc zaprzestaliśmy prób i nauczeni wynikami nieudanego eksperymentu wyciągnęliśmy wnioski których efektem jest ta kolejna zielona płytka.

Poprzedni tranzystor został uszkodzony, gdyż niedostatecznie szybko doprowadziliśmy do naładowania bramki tranzystora, która charakteryzuje się całkiem dużą pojemnością, ponad to stosowaliśmy zbyt małe napięcie wysterowujące bramkę, które dla tego tranzystora i tych prądów powinno wynosić +20V. Pozbyliśmy się też przewodowych połączeń z tranzystorem projektując płytkę tak, by można było ją wprost przykręcić do złączek tranzystora. W projekcie jest też pełne światłowodowe sterowanie oraz moduł izolacji zasilania, tym razem bez przetwornic DC/DC. W urządzeniu, które projektujemy i tak będzie napięcie sieciowe więc najtańszym rozwiązaniem było zastosowanie dwóch transformatorów. Jeden do zasilania logiki układu a drugi do uzyskania symetrycznego napięcia sterującego bramkę +20V i -5V.

Rys. 1 Tranzystor IGBT CM600HA-24h wraz z dołączonym układem sterującym.

Na płycie pozostał oczywiście dobrze sprawujący się w swej roli układ scalony HCPL316j, nad całą zasadą jego działania i zaimplementowanych w strukturę mechanizmach zabezpieczeń nie będę się rozpisywał, gdyż można o tym poczytać w innym naszym artykule: Tranzystor IGBT i zaawansowany sterownik. Tutaj również stan wyjścia zmieniamy poprzez wejście światłowodowe sygnałem optycznym.

Rys. 2 Tranzystor IGBT CM600HA-24h wraz z dołączonym układem sterującym.

W tym rozwiązaniu również za pomocą wejścia optycznego możemy zresetować układ, ponadto odpowiada on sygnałem optycznym o zadziałaniu jednego z trzech zabezpieczeń powodujących wyłączenie tranzystora. Tak więc cała komunikacja sterownika z systemem mikroprocesorowym, który będzie sterował całym urządzeniem odbywać się będzie wyłącznie za pośrednictwem trzech światłowodów. W projekcie zamieniliśmy także wszystkie kondensatory elektrolityczne na specjalne nisko indukcyjne oraz dodaliśmy w kluczowych miejscach kondensatory tantalowe aby po załączaniu tranzystorów wysterowujących bramkę nie zabrakło energii.

Rys. 3 Widok zbudowanej w naszym zakładzie płytki sterownika.

Oczywiście zastosowanie tych światłowodów ma miejsce nie bez konkretnej przyczyny. Już podczas pierwszych naszych testów z generacją impulsów wysoko prądowych i wysterowaniu impulsatorów mikrokontrolerem okazywało się, że zaraz po wyzwoleniu prądu mikrokontroler po prostu, w najlepszym przypadku zawieszał się. W najgorszym jego żywot dobiegał końca po jednym eksperymencie.

Rys. 4 Widok zbudowanej w naszym zakładzie płytki sterownika. Pomarańczowym przewodem doprowadzony sygnał z kolektora.

W momencie przepływu, nawet bardzo krótkiego w czasie prądu na poziomie 1kA wokół przewodu wytwarza się tak silne pole elektromagnetyczne, które dosłownie jest wyczuwalne dłonią zaciśniętą na tym przewodzie. Gdybyśmy mikrokontroler łączyli przewodami z driverem na pewno indukowały by się w nich prądy mogące powodować wtórne załączenie tranzystora i generację kolejnych, co spowodowało by zamknięcie się sprzężenia i uszkodzenie układu. Dzięki światłowodom mamy możliwość wyekranowania delikatnej części elektronicznej.

Rys. 5 Stanowisko testowe w naszym zakładzie.

Powyżej widzimy stanowisko, na którym testowaliśmy nasz układ. Na początku zaczęliśmy od skromnych prądów ładując baterię do 12V i jako obciążenie zapinając 6 szt. rezystorów mocy połączonych równolegle o wartości 1Ω każdy, co dało wypadkową rezystancję 0,166 Ω. Prąd w tym układzie powinien po załączeniu osiągnąć wartość ok. 72A nie licząc rezystancji złącza w stanie nasyconym oraz rezystancji przewodów.

Rys. 6 Przebieg wartości prądu w obwodzie z rezystorami mocy.