La demanda de energía renovable va en aumento. La energía renovable depende de fuentes distintas a los combustibles fósiles para generar energía, y es que no agota nuestro mundo de recursos críticos y no afecta negativamente al medio ambiente.

El enfoque principal de la nueva tecnología energética disponible comercialmente en este momento es la generación de energía solar fotovoltaica (FV o PV), que aprovecha la energía del sol y la convierte en electricidad utilizable.
La figura 1 es un sistema típico de generación de energía solar fotovoltaica. En este sistema, los montajes solares fotovoltaicos generan electricidad a partir de la luz solar, que se convierte de CC a CA mediante un inversor, y luego la electricidad de CA se introduce en la red para el distribuir al hogar o la empresa, o se utiliza para cargar las baterías mediante el sistema de conversión de energía (también conocido como inversor bidireccional de almacenamiento de energía). El sistema de conversión de energía suministra energía basada en el equilibrio de suministro y demanda de electricidad.

En una red de sistema de generación de electricidad centralizada o distribuida, un inversor centralizado o distribuido es el corazón del sistema solar fotovoltaico. El encendido o apagado seguro y fiable del puente completo del semiconductor IGBT es la parte más crítica del diseño general del sistema y la más fiable durante la inversión en sistemas de alta tensión y potencia de CC. Por lo tanto, es necesario asegurar la lógica de funcionamiento de la unidad de control de forma fiable, y maximizar las características de aislamiento entre cada una de las unidades de control de monitorización o los peligrosos circuitos eléctricos en el diseño de los circuitos de las unidades de control de los IGBTs.

La figura 2 es un ejemplo de sistemas de inversores. Generalmente, hay un convertidor CC/CC (PV60-27D1215) en el extremo delantero para tomar la electricidad del bus de CC y convertirla en 24Vcc para suministrar energía a la unidad de control. La tensión de aislamiento de este convertidor CC/CC debe ser de 4000Vac o superior para garantizar la seguridad y fiabilidad entre el bus de alta tensión y el circuito de la unidad de control. La unidad de aislamiento del sistema de accionamiento está conectada entre el IGBT y el tablero de control del sistema, por lo que se requiere que la unidad de accionamiento tenga altas características de aislamiento para garantizar un funcionamiento estable y fiable del sistema de control principal.

¿Cuáles son los requisitos específicos para una placa de disco IGBT segura y fiable?
El circuito de unidad IGBT se utiliza principalmente para aislar, transmitir y amplificar la señal de pulsos de control para impulsar la potencia y conseguir una conducción fiable, estable y segura del dispositivo de potencia IGBT. Se sugiere que se tengan en cuenta los siguientes requisitos durante el diseño del panel de control IGBT:
a) En la unidad del inversor, el circuito de puente completo del IGBT, que es ampliamente usado, lo que puede evitar efectivamente la posibilidad de conducción simultánea entre el puente superior y el IGBT de puente inferior, y la falla de cortocircuito ocurrida en el sistema del inversor en altas y bajas tensiones. Por lo tanto, un chip de control de unidad lógica seguro, confiable, fuerte anti-interferencia y preciso es una necesidad.
b) De acuerdo con las características de funcionamiento del IGBT, el condensador de unión Cge necesita ser cargado o descargado cuando el IGBT se enciende o se apaga. Por lo tanto, la fuente de alimentación de CC/CC del accionamiento de la puerta debe tener voltajes de salida dobles asimétricos positivos y negativos y cumplir con los requisitos de carga y descarga transitoria de la capacitancia de unión para garantizar que el IGBT pueda encenderse y apagarse rápidamente.
C) Cuando el alto voltaje de CC invertido a voltaje de CA, el IGBT genera señales de interferencia de alta frecuencia y alta amplitud durante el encendido y apagado rápido. Por lo tanto, el circuito de accionamiento debe presentar una alta capacidad anti-interferencia, un alto voltaje de aislamiento y una baja capacitancia de aislamiento, para asegurar un funcionamiento fiable del circuito de accionamiento y evitar la conducción de señales de interferencia de modo común al tablero de control del sistema.
D) El entorno de funcionamiento del IGBT es de gran corriente y alto voltaje, lo que causa un alto aumento de la temperatura dentro del sistema durante la inversión, por lo que la fuente de alimentación de CC/CC del accionamiento de la puerta debe tener un alto rango de temperatura de funcionamiento.

¿Cómo funciona la placa de demostración de “ON Semi driver”?
La Figura 3 ilustra cómo funciona la placa de demostración de “On Semi driver”. En este esquema de conexiones, el terminal 2 y el terminal 14 se conectan al nivel de puerta (G), el terminal 2 del chip FOD3120 se conecta a la señal de control. Cuando la señal de control es alta, el chip produce un nivel alto, el transistor NPN (2SC5569) se enciende, el transistor PNP (2SA2016) se apaga, el terminal de salida positiva (+V0) del módulo de potencia QA151 se conecta al nivel de puerta (G), y el IGBT se enciende. Cuando la señal de control es baja, el chip produce un nivel bajo, el transistor NPN (2SC5569) se apaga, el transistor PNP (2SA2016) se enciende, y el terminal de salida negativa (-V0) del módulo de potencia QA151 se conecta al nivel de puerta (G), y el IGBT se apaga.
El ‘driver’ MORNSUN QA151 es un convertidor DC/DC especializado para el driver IGBT. Adopta el modo de conexión mutua después de dos salidas independientes que lo hace una opción ideal para ON Semi para alimentar su controlador IC ON FOD3120SD y transistores 2SC5569, 2SA2016.
Este módulo de potencia QA151 integra las características de conducción IC y proporciona +15/-8.0VDC voltajes de salida asimétricos que reducen el consumo de conducción en la medida mínima y cumplen el requisito de encendido o apagado rápido.
El QA151 también ofrece un amplio rango de temperatura
de operación desde -40°C a +105°C y viene en una caja SIP
compacta de 7 pines con encaje interno que mide 19.5 x 9.8
x 12.5 mm, que no sólo cumple con los requisitos de diseño distribuido o diseño de tarjeta SIP, sino que también simplifica la distribución del espacio del sistema.
Gracias al uso de transformador aislado, la tensión de aislamiento del QA151 es de hasta 3000Vac, lo que hace que la tarjeta de demostración de “On Semi driver” tenga un alto nivel de aislamiento. Además, la capacitancia de aislamiento del QA151 es de sólo 6pF, lo que hace que la placa de demostración de “On Semi driver” tenga una fuerte capacidad de interferencia anti-ruido. Con una corriente de salida de hasta 120mA y una carga capacitiva de más de 200uF, cumple con un requisito de potencia más amplio de IGBT.

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