CC BY
22
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ
УДК 537.39
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-3-8
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДРАЙВЕРОВ IGBT
Я.О. Тарасов
В настоящей работе приводится описание методики контроля драйверов IGBT с использованием автоматизированного стенда.
Ключевые слова: IGBT, драйвер, методика испытаний, коллектор, ток, алгоритм.
При серийном производстве электронной аппаратуры возникает необходимость ее тестирования Основной задачей автоматизированной аппаратуры контроля является обеспечение автоматической, с минимальным вмешательством оператора, беспристрастной проверки [1]. С целью сокращения времени на контроль параметров драйверов IGBT используется автоматизированный стенд и новая методика испытаний. Снижения временных и материальных затрат достигается путем использования в составе стенда микроконтроллера.
Драйверы IGBT. Контролируемые параметры. Драйвер управления модулями IGBT предназначен для управления отпиранием и запиранием модуля IGBT. Для этого драйвер либо выполняет заряд затвора модуля до конечного отпирающего напряжения UON, либо разряжает его до достижения напряжения на затворе запирающего уровня UOFF. Типовое применение драйверов IGBT:
- Преобразователи для солнечной и ветроэнергетики.
- Источники бесперебойного питания (ИБП).
- Электротранспорт.
- Преобразователи частоты.
- Активные выпрямители
Помимо управления затвором драйвер может выполнять и защитные функции. Драйвер IGBT DI215-17-E1 производства АО «Протон-Электротекс» имеет следующие защитные функции:
- Защита транзистора от КЗ с безопасным выключением;
- Защита от пониженного напряжения питания.
Рассмотрим защитные функции на примере драйвера IGBT DI215-17-E1 производства АО «Протон-Электротекс»[2]
DESAT. Цепь DESAT служит для защиты IGBT модуля от КЗ и токов высокой амплитуды. Цепь с задержкой 8 мкс после начала включения IGBT начинает контролировать падение напряжение между выводами коллектор-эмиттер IGBT транзистора. В случае если падение напряжение превысит значение +8В, драйвер выключит IGBT модуль при помощи функции «мягкого» выключения, заблокирует входные сигналы управления. Выходы драйвера Fout A/B и F out будут переведены в состояние ошибки.[3] Драйвер будет находиться в состояние ошибки до устранения причины возникновения ошибки.
Диаграмма работы цепи DESAT представлена на рис. 1.
Таким образом, можно выделить следующие ключевые параметры драйверов IGBT которые подлежат контролю:
- контроль амплитуды выходного сигнала;
- контроль задержки включения/выключения;
- контроль срабатывания защиты от пониженного напряжения;
- контроль срабатывания защиты DESAT.
DESAT
мягкое выключение
I
Рис. 1. Диаграмма работы цепи DESAT: t1 - время задержки включения ошибки 500 нс; t2 - время
блокировки управления каналом. 1 мс
Режим работы защиты от пониженного напряжения. Для работы драйвера необходимо обеспечить стабилизированное напряжение питания +15 В. В случае если напряжение питания упадет ниже минимально допустимого, сработает защита драйвера от пониженного напряжения питания и заблокирует входные сигналы управления до тех пор, пока напряжение питание не поднимется до диапазона +14,3...14,5 В. Максимальный ток потребления драйвера в двухканальном режиме работы составляет 0,5 А при частоте 15 кГц. При понижении напряжения питания VCC ниже +13,7 В драйвер перейдет в состояние ошибки и заблокирует управление. Для выхода из состояния ошибки необходимо повысить напряжение питания VCC до значения +14,5 В.
Монитор питания. Предназначен для защиты драйвера от пониженного напряжения питания. Нижний порог срабатывания защиты +13,7 В UF ON. Порог отключения защиты +14,5 В UF OFF. В случае срабатывания защиты драйвер перейдет в состояние ошибки, на выводе F out появится логический 0. Драйвер будет находиться в состояние ошибки до устранения причины возникновения ошибки. Диаграмма работы монитора питания представлена на рис. 2.
С;
1 §
Рис. 2. Диаграмма работы монитора питания.
Разработка методики испытаний. Целью данной работы является упрощение и ускорение процесса контроля электрических параметров драйверов IGBT. Для достижения цели планируется разработать методику испытаний параметров драйверов IGBT. В ней планируется использовать разработанный стенд для автоматизированного контроля параметров драйверов IGBT.
Методика контроля электрических параметров драйверов IGBT заключается в том, что на драйвер силовых тиристоров, подключенный к настроенной на него системе контроля его электрических параметров, подают типичные значения напряжений питания и управляющих импульсов на соответствующие контакты драйвера силовых тиристоров, далее при несоответствии установившихся значений на выходных контактах драйвера силовых тиристоров контрольным параметрам формируют сообщение о его негодности, а при соответствии — формируют сообщение о годности, заносят данные о годности изделия в протокол испытаний. Контролируемыми параметрами являются:
4
- амплитуда выходного сигнала;
- время задержки при включении;
- время задержки при выключении;
- срабатывание защиты от пониженного напряжения;
- срабатывание защиты DESAT.
Ускорение процесса контроля электрических параметров драйверов IGBT достигается в автоматизированном стенде контроля электрических параметров драйверов IGBT тем, что оно выполнено в виде одиночного блока, соединенного с объектом контроля посредством соответствующих электрических контактов. Управляющие воздействия на драйвер IGBT и контроль его параметров осуществляется через контакты автоматизированного стенда контроля драйверов IGBT. Процесс контроля требует непосредственного подключения IGBT.
Подача воздействий, снятие контролируемых сигналов, обработка, вывод показаний и тому подобное, осуществляются в автоматическом режиме с помощью сигналов микроконтроллера.
Методика испытаний с использованием автоматизированного стенда контроля драйверов IGBT.
Необходимое оборудование:
1. Источник питания АКИП-1102;
2. Стенд контроля драйверов IGBT.
3. Плоский кабель 10 pin (шлейф).
4. Плоский кабель 20 pin (шлейф).
1. Проверка выходного напряжения и временных характеристик.
1.1 Выставить на первом канале источника питания +15 В.
1.2 Собрать схему, приведенную на рисунке 3.
1.3 Подключить драйвер к плате — переходнику с прижимными контактами типа pogo-pin.
1.4 С помощью плоского кабеля 20pin (шлейфа) соединить разъем X7 стенда контроля драйверов IGBT с разъемом платы - переходника X1.
1.5 С помощью плоского кабеля 10pin (шлейфа) соединить разъем X8 стенда контроля драйверов IGBT с разъемом драйвера X1.
1.6 Нажать кнопку «1» стенда контроля драйверов IGBT.
1.7 Фиксировать значения выходного канала.
1.8 Нажать кнопку «2» стенда контроля драйверов IGBT.
1.9 Сравнить измеренные значения амплитуды напряжений и временные задержки, значения должны соответсвовать: Uon находится в диапазоне [14 .. 16] В; T_delay_on находится в диапазоне [1,3 .. 1,5] мкс; T_delay_off находится в диапазоне [1,3 .. 1,5] мкс; Типовая кривая напряжения показана на рис. 4.
1.10 Результаты измерений занести в протокол испытаний.
2. Проверка срабатывания защиты при пониженном напряжении питания.
2.1 Выставить на первом канале источника питания +15 В.
2.2 Собрать схему, приведенную на рисунке 8.
2.3 Подключить драйвер к плате — переходнику с прижимными контактами типа pogo-pin.
2.4 С помощью плоского кабеля 20pin (шлейфа) соединить разъем X7 стенда контроля драйверов IGBT с разъемом платы - переходника X1.
2.5 С помощью плоского кабеля 10pin (шлейфа) соединить разъем X8 стенда контроля драйверов IGBT с разъемом драйвера X1.
2.6. Нажать кнопку «3» стенда контроля драйверов IGBT.
2.7 Фиксировать значения при которых происходит срабатывание защиты от пониженного напряжения.
2.8 Результаты измерений занести в протокол испытаний.
2.9 Драйвер считают выдержавшим испытание, если измеренные параметры: Ufoff находится в диапазоне [13.5 .. 14.1] В; Ufon находится в диапазоне [14.2 .. 14.6] В.
Зависимость состояния канала ошибки от изменения напряжения питания драйвера показана на
рис. 5.
3. Проверка срабатывания цепи DESAT
3.1 Выставить на первом канале источника питания +15 В.
3.2 Собрать схему, приведенную на рисунке 8.
3.3 Подключить драйвер к плате — переходнику с прижимными контактами типа pogo-pin.
3.4 С помощью плоского кабеля 20pin (шлейфа) соединить разъем X7 стенда контроля драйверов IGBT с разъемом платы - переходника X1.
3.5 С помощью плоского кабеля 10pin (шлейфа) соединить разъем X8 стенда контроля драйверов IGBT с разъемом драйвера X1.
3.6 Нажать кнопку «4» стенда контроля драйверов IGBT.
3.7 Драйвер считают выдержавшим испытание, если сработала защитная цепь DESAT.
3.8 Результаты измерений занести в протокол испытаний.
При правильной сборке системы несоответствие любого из показаний означает неправильную работу драйвера IGBT.
Стенд контроля драйверов 1СВТ
Ж"
—
1
»
Ох* —
К** г
оно 2
3
ОНО 4
УСС 5
ОНО б
7
GHO а
fou^B «
Ш 10
мв и
йМ> п
и
оно и
1,4 А 1$
ОНО н
плоо г т
ОНО п
га 1»
сад
Драйвер 01215-17-Е1
...........
0»
г г<х*
г оно
3 N С
* ОНО
9 ЛГС +ИУ
1 сио
т
9 Г сыо
9 РоьйВ
»0 ОЫО
Я «я в
« оно
и Я«**
и оно
ч М А
« смо
1Т моо
>» 13ЛЮ
19 ТВ
» слю
и**
У55
«сс г
ИЕЕ 3
£»
О»
м
Г
04 «
оь 9
Ов
РУ 11
Ю
£ и
А
К
и** — Шг*
« » — — 1
сг г — — г 07
л — — I •'/01
■1/02 — — 4 ■УОЭ
НС 3 — — $ НС
С1 в — — в С1
£1 7 — — 7 Е1
в — — Я -И?»
♦И?» ? — — »
О» «0 — — Ю 01
ко
РСТ РС? РСЗ 4
РС5
РВ1 РвЗ
Р и-
ч- И»
с»
ч»
1 О!
* £1
фп,
й?
фпш
а
Цель
■И>Г
11т
1
Цл
I
фпь
-увг
— им.
—
Г
Рис. 3. Схема подключения драйвера к стенду контроля драйверов ЮВТ
и. 8
+ 15 В
ион [+14. ..+16 8]
11оН [-8- -10 8]
"пускн
V
.............
Тбе1ауол ! ТсЮауоА
Рис. 4. Типовая кривая напряжения выходного канала
6
Рис. 5. Зависимость состояния канала ошибки от изменения напряжения питания драйвера
Предлагаемые технические решения позволяют сократить временные, интеллектуальные, материальные и другие затраты и предназначены для проверки и контроля электрических параметров при различных режимах работы драйверов ЮВТ при использовании автоматизированного стенда контроля драйверов ЮВТ.
да
Установить значении регистров режима измерений
К
Ус»ан знача per не реж нэме lili!
ни мления объектом испытаний
К
УСтан эначе ре-гис рела измес lliíl
. >
СфориирОМТъ
импульс управ™--— объект
К
Сформировать
импульс ЙПЙПЯИМ объектом испытании
Прочитать «меренный значения
Вывести значение из дисплей
Рис. 6. Алгоритм работы контроллера
Была разработана методика с целью сокращения времени на контроль параметров драйверов IGBT. В методике используется автоматизированный стенд. Снижения временных и материальных затрат достигается путем использования в составе стенда микроконтроллера.
Список литературы
1. Парахуда Р.Н., Шевцов В.И. Автоматизация измерений и контроля: Письменные лекции. Спб., СЗТУ, 75 с
2. Сайт АО «Протон - Электротекс» // Информационный лист IGBT - драйвер DI215-17-E-1. [Электронный ресурс] URL: https://www.proton-electrotex.com/files/proiect 5610/tmp download file/DI215-17-E-1 rus v1.2.pdf (дата обращения: 10.05.2023).
3. Рекомендации по применению силовых устройств и модулей SiC. [Электронный ресурс] URL: https://www.rohm.com/documents/11303/2861707/sic app-note.pdf (дата обращения: 10.05.2023).
Тарасов Ярослав Олегович, магистр, старший оператор, era_1@mil.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ «ЭРА»,
CONTROLLER RESEARCH TO TEST IGBT DRIVERS Y.O. Tarasov
This paper describes a technique for monitoring IGBT drivers using an automated stand. Key words: IGBT, driver, test procedure, collector, current, algorithm.
Tarasov Yaroslav Olegovich, magister, senior operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGA U «MIT
«ERA»
УДК 621.396.969
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-8-11
МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕТЕЙ 5G ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ
М.И. Повещенко
Актуальность данной статьи обусловлена быстрым развитием сетей мобильной радиосвязи Колоссальный рост числа радиоустройств делает актуальной задачу эффективного использования радиоспектра и, как следствие, задачу построения систем управления РЧ, которые позволяют оптимально планировать сети радиосвязи. Сети 4G в настоящий момент не способны удовлетворить потребности современного общества. Сети 5G предназначены для их замены. В данной работе осуществлено моделирование распространения радиоволн частотного диапазона 5G, с целью установить характер их распространения внутри помещений.
Ключевые слова: 5G, мобильная связь, радиоспектр, 4G, моделирование.
Сотовая связь является наиболее распространенным на сегодняшний день типом мобильной связи. Она может обеспечить двухстороннее беспроводное соединение между подвижными станциями в том случае, если они передвигаются по территории покрытой сетью базовых станций.
Основные составляющие сотовой сети это мобильные станции (сотовые телефоны и т.д.) и базовые станции, которые, как правило, стационарны, и обычно размещаются на вышках и зданиях. Смысл в том, что если сотовый телефон включен, то он прослушивает эфир в поиске сигнала базовой станции. После этого он посылает свой уникальный идентификационный код и в дальнейшем постоянно поддерживает постоянный радиоконтакт с базовой станцией, периодически обмениваясь информационными пакетами.
В телекоммуникационных сетях 5G - это технологический стандарт пятого поколения для широкополосных сотовых сетей, которые компании сотовой связи начали развертывать по всему миру и который является приемником сетей 4G. Как и их предшественники, сети 5G - это сотовые сети, зона обслуживания которых разделена на небольшие географические зоны, называемые сотами. Все беспроводные 5G устройства в соте подключаются к интернету и телефонной сети с помощью радиоволн антенны базовой станции.
В настоящее время стандарт связи 4G LTE уже устарел и не может отвечать современным требованиям и, по сути, уменьшает скорость технологического развития. Основное преимущество сетей 5G в том, что они будут иметь большую пропускную способность, обеспечивая высокую скорость загрузки вплоть до 20 гигабит в секунду (рис.1).
В данной работе исследовалась сеть стандарта 5G с использованием ПО WINPROP.
При осуществлении планирования сети использовалась ненаправленная антенна смоделированная с помощью ПО FEKO.
Для исследования передающего сигнала от БС антенна располагалась на разных высотах: 0,8м, 1,5м, 2,5м. Была использована SRT модель для расчета потерь на пути.
Моделирование распространения радиоволн. В этом подразделе проводится сравнение характеристик смоделированной сети при использовании изотропной антенны и смоделированной антенны. Характеристики рассматривались при двух высотах наблюдения. Это высоты 0.8 м и 1.5 м. Такой выбор обусловлен тем, что, как правило, существуют несколько типов беспроводных устройств. Стационарные ЭВМ (ПК), относительно стационарные (ноутбуки), мобильные (смартфоны). Для комфортной работы на первых двух необходима ровная поверхность, чаще всего это стол, а средняя его высота варьируется от 70 до 90 см, а, скажем, смартфон в этом не нуждается, и по опыту оптимальная высота для него это 1.5 м. При переборе высот установки антенн осуществляется поиск оптимальной высоты размещения.
