Možda, nakon čitanja ovog članka, nećete morati stavljati radijatore iste veličine na tranzistore.
Prijevod ovog članka.
Mala napomena prevodioca:
Prvo, u ovom prijevodu možda ima ozbiljnih problema s prijevodom pojmova, nisam dovoljno učio elektriku i strujne kola, ali ipak nešto znam; Također sam pokušao sve prevesti što jasnije, tako da nisam koristio koncepte kao što su bootstrap, MOSFET itd. Drugo, ako je već teško pogriješiti u pravopisu (pohvale procesorima teksta koji ukazuju na greške), onda je pogriješiti u interpunkciji prilično jednostavno.
A po ove dvije tačke, molim vas da me što jače šutnete u komentarima.
Sada razgovarajmo više o temi članka - sa svom raznolikošću članaka o izgradnji raznih zemaljskih vozila (automobila) na MK, na Arduinu, na<вставить название>, sam dizajn kola, a još više dijagram povezivanja motora, nije dovoljno detaljno opisan. Obično izgleda ovako:
- uzmi motor
- uzmite komponente
- spojite komponente i motor
- …
- PROFIT!1!
Ali izgradnja složenijih kola od jednostavnog okretanja PWM motora u jednom smjeru kroz L239x obično zahtijeva poznavanje punih mostova (ili H-mostova), FET-ova (ili MOSFET-ova) i drajvera za njih. Ako ništa ne ograničava, onda se p-kanalni i n-kanalni tranzistori mogu koristiti za puni most, ali ako je motor dovoljno moćan, tada će se p-kanalni tranzistori prvo morati objesiti s velikim brojem radijatora, a zatim hladnjaci biti dodati, ali ako ih je šteta baciti, onda možete isprobati druge vrste hlađenja, ili jednostavno koristiti samo n-kanalne tranzistore u kolu. Ali postoji mali problem s n-kanalnim tranzistorima - ponekad ih je prilično teško otvoriti "na dobar način".
Zato sam tražio nešto što bi mi pomoglo da nacrtam ispravan dijagram i našao sam članak na blogu mladića po imenu Syed Tahmid Mahbub. Odlučio sam podijeliti ovaj članak.
U mnogim situacijama moramo koristiti FET-ove kao prekidače visokog nivoa. Također, u mnogim situacijama moramo koristiti FET-ove i kao prekidače gornjeg i donjeg nivoa. Na primjer, u mosnim krugovima. U parcijalnim mostovnim krugovima imamo 1 MOSFET visokog nivoa i 1 MOSFET niskog nivoa. U punom mostu imamo 2 MOSFET-a visokog nivoa i 2 MOSFET-a niskog nivoa. U takvim situacijama, morat ćemo koristiti i drajvere visokog i niskog nivoa zajedno. Najčešći način upravljanja FET-ovima u takvim slučajevima je korištenje drajvera prekidača niskog i visokog nivoa za MOSFET. Bez sumnje, najpopularniji IC drajvera je IR2110. I u ovom članku / tutorijalu govorit ću o tome.
Možete preuzeti dokumentaciju za IR2110 sa IR web stranice. Evo linka za preuzimanje: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
Hajde da prvo pogledamo blok dijagram, kao i opis i lokaciju pinova:
Slika 1 - Funkcionalni blok dijagram IR2110
Slika 2 - Pinout IR2110
Slika 3 - Opis pinova IR2110
Također je vrijedno spomenuti da IR2110 dolazi u dva paketa – 14-pinski PDIP za izlaznu montažu i 16-pinski SOIC za površinsku montažu.
Hajde sada da pričamo o raznim kontaktima.
VCC je niska snaga, mora biti između 10V i 20V. VDD je logička snaga za IR2110 i mora biti između +3V i +20V (u odnosu na VSS). Stvarni napon koji odaberete zavisi od nivoa napona ulaznih signala. Evo grafikona:
Slika 4 - Ovisnost logičke 1 o snazi
Obično se koristi VDD od +5V. Sa VDD = +5V, prag logičkog 1 ulaza je nešto veći od 3V. Dakle, kada je VDD = +5V, IR2110 se može koristiti za pokretanje opterećenja kada je ulaz "1" veći od 3 (nešto) volta. To znači da se IR2110 može koristiti za gotovo sva kola, jer se većina kola obično napaja na oko 5V. Kada koristite mikrokontrolere, izlazni napon će biti veći od 4V (na kraju krajeva, mikrokontroler često ima VDD = +5V). Kada koristite SG3525 ili TL494 ili neki drugi PWM kontroler, vjerovatno ćete ih morati napajati naponom većim od 10V, što znači da će izlazi biti veći od 8V na logičkom. Dakle, IR2110 se može koristiti gotovo svuda.
Takođe možete smanjiti VDD na oko +4V ako koristite mikrokontroler ili bilo koji čip koji daje 3,3V (npr. dsPIC33). Prilikom dizajniranja kola sa IR2110, primijetio sam da kolo ponekad ne radi ispravno kada je VDD IR2110 postavljen na manje od +4V. Stoga ne preporučujem korištenje VDD ispod +4V. U većini mojih kola nivoi signala nemaju napone manje od 4V kao "1", pa koristim VDD = +5V.
Ako iz nekog razloga u krugu logički nivo signala "1" ima napon manji od 3V, tada trebate koristiti pretvarač nivoa / translator nivoa, to će podići napon do prihvatljivih granica. U takvim situacijama preporučujem povećanje napona na 4V ili 5V i korištenje VDD = +5V IR2110.
Hajde sada da pričamo o VSS i COM. VSS je zemlja logike. COM je "niski povrat" - u osnovi nisko uzemljenje drajvera. Može izgledati kao da su neovisni, a čovjek bi pomislio da bi možda bilo moguće izolirati izlaze drajvera i logiku signala drajvera. Međutim, ovo bi bilo pogrešno. Iako nije interno povezan, IR2110 je neizolovani drajver, što znači da VSS i COM moraju biti povezani na masu.
HIN i LIN su logički ulazi. Visok signal na HIN-u znači da želimo da upravljamo gornjim prekidačem, odnosno, izlaz visokog nivoa se izvodi na HO. Nizak signal na HIN-u znači da želimo da isključimo MOSFET visokog nivoa, odnosno da se na HO pravi izlaz niskog nivoa. Izlaz u HO, visok ili nizak, ne računa se u odnosu na masu, već u odnosu na VS. Uskoro ćemo vidjeti kako kola za pojačavanje (dioda + kondenzator) koji koriste VCC, VB i VS obezbjeđuju plivajuću snagu za pokretanje MOSFET-a. VS je plivajući povrat snage. Na visokom nivou, nivo na HO je jednak nivou na VB, u odnosu na VS. Kada je nizak, nivo u HO je jednak VS, u odnosu na VS, efektivno nula.
Visok LIN signal znači da želimo da upravljamo niskim prekidačem, to jest, izlaz visokog nivoa se izvodi na LO. Nizak LIN signal znači da želimo da isključimo MOSFET niskog nivoa, odnosno da se izlaz niskog nivoa izvodi na LO. Izlaz u LO se smatra relativnim u odnosu na uzemljenje. Kada je signal visok, nivo u LO je isti kao u VCC, u odnosu na VSS, efektivno uzemljen. Kada je signal nizak, nivo u LO je isti kao u VSS, u odnosu na VSS, efektivno nula.
SD se koristi kao kontrola zaustavljanja. Kada je nivo nizak, IR2110 je uključen - funkcija zaustavljanja je onemogućena. Kada je ovaj pin visok, izlazi su onemogućeni, onemogućujući kontrolu nad IR2110.
Pogledajmo sada uobičajene konfiguracije sa IR2110 za pokretanje MOSFET-a kao prekidača za visoke i niske - polumostna kola.
Slika 5 - Osnovno kolo na IR2110 za kontrolu polumosta
D1, C1 i C2 zajedno sa IR2110 čine krug za pojačavanje. Kada je LIN = 1 i Q2 uključen, tada su C1 i C2 napunjeni na VB jer je jedna dioda ispod +VCC. Kada je LIN = 0 i HIN = 1, punjenje na C1 i C2 se koristi za dodavanje dodatnog napona, VB u ovom slučaju, iznad nivoa izvora Q1 za pokretanje Q1 u konfiguraciji visokog prekidača. Za C1 se mora izabrati dovoljno veliki kapacitet tako da je dovoljan da obezbedi potrebnu napunjenost za Q1 kako bi Q1 bio uključen sve ovo vreme. C1 također ne bi trebao imati preveliki kapacitet, jer će proces punjenja trajati dugo i nivo napona se neće dovoljno povećati da bi MOSFET ostao uključen. Što je više vremena potrebno u uključenom stanju, potrebno je više kapaciteta. Dakle, niža frekvencija zahtijeva veći kapacitet C1. Veći faktor punjenja zahtijeva veći kapacitet C1. Naravno, postoje formule za izračunavanje kapaciteta, ali za to morate znati mnoge parametre, a neke od njih možda nećemo znati, na primjer, struju curenja kondenzatora. Tako da sam samo procijenio približan kapacitet. Za niske frekvencije kao što je 50Hz koristim kapacitivnost od 47uF do 68uF. Za visoke frekvencije poput 30-50kHz koristim kapacitivnost od 4,7uF do 22uF. Pošto koristimo elektrolitički kondenzator, paralelno sa ovim kondenzatorom mora se koristiti i keramički kondenzator. Keramički kondenzator je opcioni ako je kondenzator za pojačanje tantal.
D2 i D3 brzo prazne gejt MOSFET-a, zaobilazeći gejt otpornike i smanjujući vrijeme isključivanja. R1 i R2 su otpornici za ograničavanje struje.
MOSV može biti maksimalno 500V.
VCC mora dolaziti iz izvora bez prekida. Za filtriranje morate instalirati filter i kondenzatore za razdvajanje od +VCC do uzemljenja.
Pogledajmo sada neke primjere kola sa IR2110.
Slika 6 - Dijagram sa IR2110 za visokonaponski polumost
Slika 7 - Dijagram sa IR2110 za visokonaponski puni most sa nezavisnim upravljanjem ključevima (može kliknuti)
Na slici 7 vidimo IR2110 koji se koristi za pokretanje punog mosta. U tome nema ništa komplikovano i mislim da to već sada razumete. Ovdje također možemo primijeniti prilično popularno pojednostavljenje: povezujemo HIN1 sa LIN2, a povezujemo HIN2 sa LIN1, tako da dobijamo kontrolu nad sva 4 ključa koristeći samo 2 ulazna signala, umjesto 4, to je prikazano na slici 8.
Slika 8 - Dijagram sa IR2110 za visokonaponski puni most sa ključnom kontrolom sa dva ulaza (može kliknuti)
Slika 9 - Šema sa IR2110 kao visokonaponskim drajverom najvišeg nivoa
Na slici 9 vidimo IR2110 koji se koristi kao drajver najvišeg nivoa. Shema je prilično jednostavna i ima istu funkcionalnost kao što je gore opisano. Jedna stvar koju treba uzeti u obzir - pošto više nemamo prekidač niskog nivoa, mora postojati opterećenje povezano sa OUT na masu. U suprotnom, kondenzator za pojačanje se neće moći napuniti.
Slika 10 - Šema sa IR2110 kao drajverom niskog nivoa
Slika 11 - Šema sa IR2110 kao dual low level drajverom
Ako imate problema sa IR2110 i sve se stalno ruši, gori ili eksplodira, onda sam prilično siguran da je to zato što ne koristite otpornike na gejt-izvor, pod uslovom da ste sve pažljivo dizajnirali, naravno. NIKAD NE ZABORAVITE NA OTPORNIKE ZA IZVOR GATE. Ako ste zainteresovani, o mom iskustvu sa njima možete pročitati ovde (objašnjavam i razlog zašto otpornici sprečavaju oštećenja).
Power MOSFET-ovi i bipolarni tranzistori sa izolovanim kapima (IGBT) su osnovni elementi moderne energetske elektronike i koriste se kao sklopni elementi za visoke struje i napone. Međutim, da bi se uskladili niskonaponski logički upravljački signali sa nivoima pokretanja vrata MOSFET-a i IGBT-ova, potrebni su srednji uređaji za usklađivanje - visokonaponski drajveri (u daljem tekstu, za sažetost, "visokonaponski drajveri" će značiti "visokonaponski drajveri za MOSFET-ovi i IGBT-ovi").
U većini slučajeva koristi se sljedeća klasifikacija visokonaponskih drajvera:
- Nezavisni high-side i low-side drajveri za polumost integrirani u jednom čipu ( Visoki i niski bočni drajver);
- High-side i low-side drajveri povezani u polumost ( Vozač pola mosta);
- High-side drajveri ( high side driver);
- Vozači sa niskim ramenima ( low side driver).
Na sl. 1 prikazuje upravljačka kola koja odgovaraju ovim tipovima drajvera.
Rice. jedan.
U prvom slučaju (slika 1a), dva nezavisna opterećenja se kontroliraju iz zajedničkih upravljačkih signala. Opterećenja su respektivno povezana između izvora donjeg tranzistora i visokonaponske tračnice napajanja (pogon na niskoj strani), te između odvoda gornjeg tranzistora i mase (visokonaponski drajver). Takozvane srednje tačke (odvod gornjeg tranzistora i izvor donjeg tranzistora) nisu međusobno povezane.
U drugom slučaju (slika 1b), srednje tačke su povezane. Štaviše, opterećenje se može uključiti i na gornji i na donji krak, ali spojeno na srednju tačku na isti način kao polumostno kolo (tzv. punomostno kolo). Strogo govoreći, u šemi 1a ništa vas ne sprečava da povežete središnje tačke. Ali u ovom slučaju, uz određenu kombinaciju ulaznih signala, moguće je istovremeno otvoriti dva tranzistora odjednom i, shodno tome, prekomjerno velika struja teče iz visokonaponske sabirnice u zemlju, što će dovesti do kvara jednog ili oba tranzistora odjednom. Izuzetak takve situacije u ovoj shemi je briga programera. U polumostnim drajverima (shema 1b) takva situacija je isključena na nivou interne kontrolne logike mikrokola.
U trećem slučaju (1c) opterećenje je povezano između drena gornjeg tranzistora i mase, au četvrtom slučaju (1d) između izvora donjeg tranzistora i visokonaponske sabirnice napajanja, tj. dvije "polovine" sheme 1a se implementiraju odvojeno.
Poslednjih godina STMicroelectronics se fokusirao (u niši visokonaponskih drajvera) samo na vozače prve dve vrste (porodice L638x i l639x, o čemu će biti reči u nastavku). Međutim, raniji dizajni sadrže drajverske IC-ove koji kontrolišu uključivanje ili isključivanje jednog MOSFET ili IGBT tranzistora ("Single" kategorija u terminima STMicroelectronics). Uz određenu shemu prebacivanja, ovi vozači mogu kontrolirati opterećenje i gornjih i donjih ramena. Napominjemo i mikrokolo TD310 - tri nezavisna pojedinačna drajvera u jednom paketu. Takvo rješenje će biti efikasno u upravljanju trofaznim opterećenjem. STMicroelectronics klasifikuje ovaj čip kao drajver u kategoriju "Multiple".
L368x
Tabela 1 navodi sastav i parametre čipova porodice L368x. Mikro kola ove porodice uključuju i nezavisne drajvere visoke i niske strane (H&L) i drajvere polumosta (HB).
Tabela 1. L638x Family Driver Parameters
| Ime | Voffset, V | Io+, mA | Io-, mA | Ton, ns | Toff, ns | Tdt, ns | Tip | Kontrola |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L6384E | 600 | 400 | 650 | 200 | 250 | Prog. | HB | IN/SD |
| L6385E | 600 | 400 | 650 | 110 | 105 | H&L | HIN/LIN | |
| L6386E | 600 | 400 | 650 | 110 | 150 | H&L | HIN/LIN/SD | |
| L6387E | 600 | 400 | 650 | 110 | 105 | H&L | HIN/LIN | |
| L6388E | 600 | 200 | 350 | 750 | 250 | 320 | HB | HIN/LIN |
Objasnimo neke parametre:
V OFFSET - maksimalni mogući napon između izvora gornjeg tranzistora i mase;
I O+ (I O-) - maksimalna izlazna struja s otvorenim gornjim (donjim) tranzistorom izlaznog stupnja mikrokola;
T ON (T OFF) - kašnjenje širenja signala od HIN i LIN ulaza do HO i LO izlaza kada je uključen (isključen);
T DT - vrijeme pauze - parametar koji se odnosi na drajvere polumosta. Prilikom mijenjanja aktivnih stanja, logičko kolo nasilno uvodi pauze kako bi se izbjeglo uključivanje nadlaktice i donje ruke u isto vrijeme. Na primjer, ako se donja ruka ugasi, tada su obje ruke isključene neko vrijeme i tek onda se gornja upali. I obrnuto, ako je nadlaktica isključena, onda se obe ruke isključuju na neko vreme, a zatim se uključuje donja. Ovo vrijeme može biti fiksno (kao u L6388E), ili se podesi odabirom vrijednosti odgovarajućeg vanjskog otpornika (kao u L6384E).
Kontrola.Čipovi nezavisnih drajvera gornjih i donjih ramena kontrolišu se preko HIN i LIN ulaza. Štaviše, visok nivo logičkog signala uključuje, odnosno, gornje ili donje rame vozača. Osim toga, L6386E čip koristi dodatni SD ulaz, koji onemogućuje obje ruke, bez obzira na stanje na HIN i LIN ulazima.
L6384E čip koristi SD i IN signale. SD signal onemogućuje obje ruke, bez obzira na stanje na IN ulazu. Signal IN = 1 je ekvivalentan kombinaciji signala (HIN = 1, LIN = 0) i obrnuto, IN = 0 je ekvivalentan kombinaciji signala (HIN = 0, LIN = 1). Stoga je istovremeno uključivanje tranzistora gornjeg i donjeg kraka u principu nemoguće.
U čipu L6388E, upravljanje se vrši preko HIN i LIN ulaza, tako da je u osnovi moguće primijeniti kombinaciju (HIN = 1, LIN = 1) na ulaze, međutim, interni logički sklop to pretvara u kombinaciju ( HIN = 0, LIN = 0), čime se eliminiše , istovremeno uključuje oba tranzistora.
Što se tiče parametara, počnimo sa čipovima tipa H&L.
Vrijednost V OFFSET-a, jednaka 600 Volti, je na neki način standard za mikro kola ove klase.
Izlazna struja I O+ (I O-) od 400/650 mA je prosječna vrijednost za tipične tranzistore opšte namjene. U poređenju sa IRS porodicom (G5 HVIC generacija), International Rectifier uglavnom nudi 290/600mA IC-ove. Međutim, linija International Rectifier uključuje i modele sa parametrima od 2500/2500 mA (IRS2113) i nešto sporijim performansama ili mikro kola sa izlaznim strujama do 4000/4000 mA (IRS2186). Međutim, u ovom slučaju, vrijeme prebacivanja u odnosu na L6385E povećava se na vrijednost od 170/170 ns.
Vrijeme prebacivanja. Vrijednosti T ON (T OFF) od 110/105 ns (za L6385E) premašuju one iz IRS porodice mikro kola (iako ne baš značajno). Najbolji učinak (60/60 ns) postigao je International Rectifier u modelu IRS2011, ali na račun smanjenja VOFFSET napona na 200 V.
Međutim, napominjemo da STMicroelectronics nudi drajvere u kojima je zajednička žica ulaznog (niskonaponskog) i izlaznog (visokonaponskog) stepena jedna. International Rectifier, pored čipova sa sličnom arhitekturom, nudi drajvere sa odvojenim zajedničkim magistralama za ulazne i izlazne stepene.
Uspoređujući parametre polumostnog drajvera L6384E sa proizvodima International Rectifier, možemo zaključiti da je on inferioran (i po izlaznim strujama i po brzini) samo od modela IRS21834 koji implementira HIN / -LIN ulaznu logiku. Ako je IN/-SD ulazna logika kritična, onda L6384E nadmašuje proizvode International Rectifier.
Pogledajmo bliže L6385E upravljački čip, čija je struktura i sklopni krug prikazan na sl. 2.
Rice. 2.
Mikrokolo sadrži dva nezavisna drajvera gornje (HVG izlaz) i donje strane (LVG izlaz). Implementacija drajvera niske strane je prilično trivijalna, budući da je potencijal na GND pinu konstantan i stoga je zadatak da se konvertuje ulazni niskonaponski logički signal LIN u nivo napona na LVG izlazu neophodan za uključivanje. tranzistor niske strane. Na gornjoj strani, potencijal na OUT pinu se mijenja ovisno o stanju donjeg tranzistora. Postoje različita rješenja kola koja se koriste za izgradnju gornje-stranske kaskade. U ovom slučaju koristi se relativno jednostavan i jeftin kontrolni krug za pokretanje (krug s "plutajućim" napajanjem). U takvoj shemi, trajanje kontrolnog impulsa je ograničeno vrijednošću početne kapacitivnosti. Osim toga, potrebno je osigurati uvjete za njegovo konstantno punjenje pomoću visokonaponske kaskade brze promjene nivoa. Ova faza omogućava konverziju logičkih signala na nivoe potrebne za stabilan rad upravljačkog kola tranzistora visoke strane.
Kada upravljački napon padne ispod određene granice, izlazni tranzistori mogu preći u linearni način rada, što će zauzvrat dovesti do pregrijavanja kristala. Da biste to spriječili, krugovi za nadzor napona (UVLO - Pod Voltage Lock Out) i za gornje (kontrola potencijala V BOOT) i donje (kontrola potencijala V CC) ruke.
Moderni visokonaponski drajveri imaju tendenciju da integrišu bootstrap diodu u paket integrisanog kola. Ovo eliminiše potrebu za eksternom diodom, koja je prilično glomazna u poređenju sa samim upravljačkim čipom. Ugrađena bootstrap dioda (tačnije, bootstrap kolo) koristi se ne samo u L6385E drajveru, već iu svim ostalim mikro krugovima ove porodice.
L6386E je varijanta L6385E sa dodatnim karakteristikama. Njegova struktura i sklopni krug prikazani su na sl. 3.
Rice. 3.
Glavne razlike između L6386E i L6385E. Prvo je dodat dodatni SD ulaz, nizak nivo signala na kojem se gase oba tranzistora, bez obzira na stanje HIN i LIN ulaza. Često se koristi kao signal isključivanja u nuždi koji nije povezan s krugom za generiranje ulaznog upravljačkog signala. Drugo, dodana je kaskada za kontrolu struje koja teče kroz tranzistor donje kaskade. U poređenju s prethodnim krugom, vidimo da je odvod tranzistora niske strane spojen na masu ne direktno, već kroz strujni otpornik (strujni senzor). Ako pad napona na njemu premašuje graničnu vrijednost V REF, tada se na DIAG izlazu generiše nizak nivo. Imajte na umu da ovo stanje ne utiče na rad kola, već je samo indikator.
Nekoliko riječi o korištenju čipova porodice L638x. Ograničeni prostor ovog članka ne dozvoljava primjere primjene, ali STMicroelectronics L638xE Vodič za primjenu pruža primjere trofaznog upravljačkog kruga motora, balastnog kruga fluorescentne svjetiljke s mogućnošću zatamnjivanja, DC/DC pretvarača s različitim arhitekturama i niz drugih . Tu su i dijagrami demo ploča za sva mikro kola ove porodice (uključujući topologiju štampanih ploča).
Sumirajući analizu porodice L638x, napominjemo da bez jedinstvenih karakteristika u pogledu nekih pojedinačnih parametara, drajveri ove porodice su među najboljima u industriji kako po kombinaciji parametara tako i po primenjenim tehničkim rešenjima.
Porodica visokonaponskih drajvera
polumostno kolo L639x
Na prvi pogled, mikrokola ove porodice mogu se smatrati razvojem mikrokola L6384E. Međutim, analizirajući funkcionalnost porodice drajvera L639x, vrlo je teško prepoznati L6384E kao prototip (osim možda zbog nedostatka drugih drajvera za polumost u liniji STMicroelectronics). Tabela 2 navodi sastav i parametre čipova porodice L639x.
Tabela 2. L639x Family Driver Parameters
| Ime | Voffset, V | Io+, mA | Io-, mA | Ton, ns | Toff, ns | Tdt, ms | Tip | Smart SD | OU | Comp. | Kontrola |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L6390 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | tu je | tu je | tu je | HIN/-LIN/-SD |
| L6392 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | tu je | HIN/-LIN/-SD | ||
| L3693 | 600 | 270 | 430 | 125 | 125 | 0,15…2,7 | HB | tu je | PH/-BR/-SD |
Glavna karakteristika mikro krugova ove porodice je prisustvo dodatnih ugrađenih elemenata: operativnog pojačala ili komparatora (za L6390- oba). Na sl. 4 prikazuje strukturu i sklopni krug L6390 čipa.
Rice. 4.
Koje prednosti dodatni elementi pružaju u praktičnim primjenama? Operativna pojačala (u L6390 i L6392) su dizajnirani za mjerenje struje koja teče kroz opterećenje. Štoviše, budući da su oba izlaza dostupna (OP + i OP-), postaje moguće formirati i apsolutnu vrijednost i odstupanje od određenog referentnog napona (koji odgovara, na primjer, maksimalnoj dozvoljenoj vrijednosti) na odgovarajućem izlazu mikrokolo. U drajveru L6390, komparator obavlja vrlo specifičnu funkciju "inteligentnog isključivanja" ( pametno gašenje) — tj. kada je maksimalna dozvoljena struja u opterećenju prekoračena, komparator počinje utjecati na logiku vozača i osigurava glatko isključivanje opterećenja. Brzinu isključivanja postavlja RC kolo spojeno na SD/OD pin. Štaviše, budući da je ovaj izlaz dvosmjeran, može biti i izlaz za indikaciju greške za upravljački mikrokontroler i ulaz za prisilno gašenje.
Sva mikro kola sadrže zaštitnu logiku od istovremenog otvaranja tranzistora gornjeg i donjeg ramena i, shodno tome, formiranja pauze kada se promijeni izlazno stanje. Vrijeme pauze T DT za sva mikro kola iz porodice je programabilno i određeno je vrijednošću otpornika spojenog na DT pin.
Kontrolna logika u L6390 i L6392 isti tip - HIN, LIN i SD signali.
Čip razlika L6393 od L6390 i L6392 nije samo nedostatak operativnog pojačala. Komparator u L6393 je nezavisan od ostatka kola i, u principu, može se koristiti u proizvoljne svrhe. Međutim, najrazumnija primjena je kontrola struje i formiranje znaka viška (slično DIAG pinu u L6386E čipu o kojem je gore raspravljano). Glavna razlika leži u upravljačkoj logici - kombinacija kontrolnih signala FAZE, KOČNICE i SD prilično je rijetka (ako ne i jedinstvena) za mikro krugove ove klase. Dijagram kontrolnog niza je prikazan na sl. 5.
Rice. 5.
Ciklogram je fokusiran na upravljanje direktno iz motornih signala, na primjer jednosmjerne struje i implementira tzv. mehanizam odloženog zaustavljanja. Pretpostavimo da je BRAKE signal aktuatoru, tj. njegov niski nivo uključuje motor bez obzira na stanje FAZA signala. Opet pretpostavimo da je FAZA signal od senzora povratne sprege, kao što je senzor frekvencije montiran na osovinu motora, ili granični senzor koji ukazuje na tačku prekida. Tada će visoki nivo BRAKE signala odmah zaustaviti motor, ali samo na pozitivnoj ivici signala FAZE. Na primjer, ako govorimo o pogonu kolica, tada se signal za zaustavljanje (kočnica visokog nivoa) može dati unaprijed, ali će se zaustavljanje dogoditi samo u određenoj tački (kada se aktivira senzor FAZE).
Na sl. 6 prikazuje strukturu i sklopni krug L6393 čipa.
Rice. 6.
O parametrima. Vrijednosti izlaznih struja I O+ (I O-), jednake 270/430 mA, inferiorne su u odnosu na mikro krugove International Rectifier (koji su, kao što je gore navedeno, tipični 290/600 mA). Ipak, dinamički parametri T ON /T OFF (125/125 ns) su superiorniji (i često značajno) u odnosu na sve čipove porodice IRS.
Zaključci o porodici L639x. Uz dovoljno visoke kvantitativne karakteristike, što nam samo po sebi omogućava da klasifikujemo porodicu L639x kao lidera u industriji, dodatne funkcije daju kvalitativni skok, jer omogućavaju implementaciju u jednom mikrokolu onih funkcija koje su prethodno implementirane uz pomoć niza dodatnih komponenti.
Zaključak
Naravno, raspon visokonaponskih drajvera kompanije STMicroelectronics ne može se smatrati veoma širokim (barem u poređenju sa sličnim proizvodima kompanije International Rectifier). Ipak, kvantitativne i kvalitativne karakteristike razmatranih porodica nisu inferiorne u odnosu na najbolje IR proizvode.
Govoreći o MOSFET i IGBT drajverima, ne možemo a da ne pomenemo i same tranzistore; STMicroelectronics proizvodi prilično širok raspon efekta polja (na primjer, MDMESH V i SuperMesh3) i bipolarnih tranzistora sa izolovanim kapima. Pošto su ove elektronske komponente nedavno obrađene u ovom časopisu, one su ostavljene van okvira ovog članka.
Konačno, kao što je već spomenuto, STMicroelectronicsova linija MOSFET i IGBT drajvera nije ograničena na polumost drajvere. Nomenklatura drajvera kategorija "Single" i "Multiple" i njihovi parametri mogu se pronaći na službenoj web stranici STMicroelectronics - http://www.st.com/ .
Književnost
1. Vodič za primjenu L638xE// ST Microelectronics dokument an5641.pdf.
2. Yachmennikov V. Povećanje efikasnosti sa MDmesh V tranzistorima // Vesti elektronike, br. 14, 2009.
3. Ilyin P., Alimov N. Pregled STMicroelectronics MOSFET i IGBT // Electronics News, br. 2, 2009.
4. Medzhahed D. Visoko efikasna rješenja bazirana na SuperMESH3 tranzistorima // News of Electronics, br. 16, 2009.
MDMEDH V u PowerFlat paketu
STMicroelectronics, Svjetski lider u energetskim MOSFET-ovima, razvio je novi PowerFlat paket visokih performansi za MDMESH V porodicu tranzistora, posebno dizajniran za površinsku montažu. Dimenzije kućišta 8x8 mm sa visinom od 1 mm (PowerFlat 8x8 HV). Njegova mala visina omogućava stvaranje tanjih izvora napajanja, kao i smanjenje veličine štampane ploče ili povećanje gustine instalacije. Odvodni kontakt u PowerFlat paketu je velika, izložena metalna površina, koja poboljšava disipaciju topline i time poboljšava pouzdanost. Ovo kućište može da radi u temperaturnom opsegu od -55…150°C.
Tranzistori porodice MDMESH V najbolji su tranzistori na svijetu u smislu otpora otvorenog kanala u radnom opsegu napona od 500 ... 650 V. Na primjer, tranzistori serije STW77N65M5 iz MDMESH V porodice imaju maksimalnu Rdson vrijednost od 0,033 Ohm za radni napon od 650 V i maksimalnu statičku struju od 69 A. U isto vrijeme, napunjenost kapije takvog tranzistora iznosi samo 200 nK. STL21N65M5 - to je prvi tranzistor iz MDMESH V porodice u PowerFlat paketu. Sa radnim naponom od 650 V, tranzistor STL21N65M5 ima otpor otvorenog kanala od 0,190 oma i maksimalnu statičku struju od 17 A, dok je njegov naboj gejta 50 nK.
O ST Microelectronics
Drajver je pojačivač snage i namijenjen je za direktnu kontrolu prekidača za napajanje (ponekad i tipki) pretvarača. Mora pojačati upravljački signal u smislu snage i napona i, ako je potrebno, obezbijediti njegov potencijalni pomak.
Izlazni čvor drajvera izolovanih kapija (MOSFET, IGBT) mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:
MOS tranzistori i IGBT su uređaji koji se kontrolišu naponom, međutim, da bi se povećao ulazni napon na optimalan nivo (12-15 V), potrebno je obezbediti odgovarajuće punjenje u krugu kapije.
Da biste ograničili brzinu porasta struje i smanjili dinamički šum, potrebno je koristiti serijske otpore u krugu kapije.
Drajveri za upravljanje složenim pretvaračkim krugovima sadrže veliki broj elemenata, pa se proizvode u obliku integrisanih kola. Ova mikro kola, pored pojačala snage, sadrže i kola za konverziju nivoa, pomoćnu logiku, kola odlaganja za formiranje „mrtvog“ vremena, kao i niz zaštita, na primer od prekomerne struje i kratkog spoja, smanjenja napona napajanja i brojnih drugih. Mnoge kompanije proizvode brojne funkcionalne asortimane: low-key bridge drajvere, high-key bridge drajvere, high-key drajvere i low-key drajvere sa nezavisnom kontrolom svakog od njih, polumost drajvere, koji često imaju samo jedan kontrolni ulaz i mogu se koristiti za simetrični zakon upravljanja, drajveri za pokretanje svih tranzistora u mosnom kolu.
Tipično kolo za uključivanje drajvera gornjeg i donjeg prekidača iz International Rectifier IR2110 sa principom bootstrap napajanja prikazano je na slici 3.1, a. Kontrola oba ključa je nezavisna. Razlika između ovog drajvera i ostalih je u tome što IR2110 ima dodatno kolo za konverziju nivoa i u donjem iu gornjem kanalu, što vam omogućava da odvojite napajanje logike mikrokola od napona napajanja drajvera po nivou. Takođe sadrži zaštitu od podnaponskog napajanja vozača i visokonaponski "plutajući" izvor.
Kondenzatori C D, C C dizajnirani su za suzbijanje visokofrekventnih smetnji u logičkim i upravljačkim strujnim krugovima, respektivno. Plutajući izvor visokog napona formiraju kondenzator C1 i dioda VD1 (bootstrap napajanje).
Izlazi drajvera su povezani na tranzistore snage pomoću otpornika gejta R G1 i R G2.
Budući da je drajver izgrađen na elementima polja i da je ukupna snaga potrošena za upravljanje neznatna, kondenzator C1 se može koristiti kao izvor napajanja za izlazni stepen, koji se puni iz napajanja U PIT preko visokofrekventne diode VD1. Kondenzator C1 i dioda VD1 zajedno tvore visokonaponski "plutajući" izvor napajanja dizajniran za kontrolu gornjeg tranzistora VT1 stalka mosta. Kada donji tranzistor VT2 provodi struju, izvor gornjeg tranzistora VT1 spojen je na zajedničku strujnu žicu, dioda VD1 se otvara i kondenzator C1 se puni na napon U C1 \u003d U PIT - U VD1. Naprotiv, kada donji tranzistor pređe u zatvoreno stanje, a gornji tranzistor VT2 počne da se otvara, dioda VD1 je podržana obrnutim naponom napajanja. Kao rezultat toga, izlazni stupanj drajvera počinje se napajati isključivo strujom pražnjenja kondenzatora C1. Dakle, kondenzator C1 stalno "šeta" između zajedničke žice kruga i žice napajanja (točka 1).
Kada koristite drajver IR2110 sa pokretačkim pogonom, posebnu pažnju treba obratiti na izbor visokonaponskih "plutajućih" elemenata izvora. Dioda VD1 mora izdržati veliki obrnuti napon (ovisno o napajanju strujnog kruga), dopuštena struja naprijed je približno 1 A, vrijeme oporavka t rr = 10-100 ns, tj. biti brzo. Literatura preporučuje SF28 diodu (600 V, 2 A, 35 ns), kao i diode UF 4004…UF 4007, UF 5404…UF 5408, HER 105… HER 108, HER 205…HER 208 i druge “ultra- brzi” časovi.
Kolo drajvera je dizajnirano na takav način da visoki nivo logičkog signala na bilo kom HIN i LIN ulazu odgovara istom nivou na njegovom HO i LO izlazu (vidi sliku 3.1 b, upravljački program zajedničkog moda). Pojava visokog nivoa logičkog signala na SD ulazu dovodi do blokiranja tranzistora mosta.
Preporučljivo je koristiti ovaj mikro krug za upravljanje ključevima invertera sa PWM regulacijom izlaznog napona. Istovremeno, mora se imati na umu da vremenska kašnjenja („mrtvo“ vrijeme) moraju biti predviđena u upravljačkom sistemu kako bi se spriječile prolazne struje prilikom prebacivanja tranzistora stalka mosta (VT1, VT2 i VT3, VT4, sl. 1.1).
Kapacitet C1 je početni kapacitet, čija se minimalna vrijednost može izračunati po formuli:
gdje Q 3 - vrijednost punjenja kapije snažnog ključa (referentna vrijednost);
I Pete- trenutna potrošnja drajvera u statičkom režimu (referentna vrednost, obično I Pete ≈ I G c T moćan ključ)
Q 1 - ciklična promjena napunjenosti drajvera (za 500-600 volti - drajvere 5 nK);
V P– napon napajanja pogonskog kola;
– pad napona na bootstrap diodi VD1;
T– period prebacivanja moćnih tastera.
Sl.3.1. Tipično kolo za uključivanje drajvera IR2110 (a) i vremenski dijagrami njegovih signala na ulazima i izlazima (b)
V DD - napajanje za logiku mikrokola;
V SS - zajednička tačka logičkog dela drajvera;
HIN, LIN - logički ulazni signali koji kontrolišu gornji i donji tranzistori;
SD – logički ulaz onemogućavanja drajvera;
V CC - napon napajanja drajvera;
COM je negativni pol napajanja V CC ;
HO, LO - izlazni signali drajvera koji kontrolišu gornji i donji tranzistor, respektivno;
V B je napon napajanja visokonaponskog "plutajućeg" izvora;
V S je zajednička tačka negativnog pola visokonaponskog "plutajućeg" izvora.
Dobivena vrijednost bootstrap kapacitivnosti mora se povećati za faktor 10-15 (obično C u rasponu od 0,1-1 μF). Ovo bi trebao biti visokofrekventni kapacitet sa niskom strujom curenja (idealno, tantal).
Otpornici R G 1, R G 2 određuju vrijeme uključivanja snažnih tranzistora, a diode VD G 1 i VD G 2 ranžiranjem ovih otpornika smanjuju vrijeme gašenja na minimalne vrijednosti. Otpornici R 1, R 2 imaju malu vrijednost (do 0,5 Ohma) i izjednačavaju širenje omskih otpora duž zajedničke kontrolne sabirnice (obavezno ako je moćni ključ paralelna veza manje snažnih tranzistora).
Prilikom odabira drajvera za tranzistore snage, uzmite u obzir:
Zakon upravljanja tranzistorom snage:
Za simetrični zakon prikladni su drajveri visokog i niskog ključa i polumost drajveri;
Asimetrični zakon zahteva drajvere visokog i niskog ključa sa nezavisnom kontrolom svakog moćnog ključa. Za asimetrični zakon, drajveri sa transformatorskom galvanskom izolacijom nisu prikladni.
Moćni ključni parametri (I to ili I drain).
Obično se koristi približni pristup:
I out dr max =2 A može kontrolisati snažan VT sa strujom do 50 A;
I out dr max = 3 A - upravljajte snažnim VT sa strujom do 150 A (inače se značajno povećava vrijeme uključivanja i isključivanja i povećavaju gubici snage za prebacivanje), tj. visokokvalitetni tranzistor s pogrešnim izborom drajvera gubi svoje glavne prednosti.
Računovodstvo dodatnih funkcija.
Firme proizvode vozače s brojnim servisnim funkcijama:
Različite moćne zaštite ključeva;
Zaštita od podnapona vozača;
Sa ugrađenim bootstrap diodama;
Sa podesivim i nepodesivim vremenom kašnjenja za uključivanje snažnog VT-a u odnosu na trenutak gašenja drugog (borba kroz struje u polumostu);
Sa ugrađenom ili bez galvanske izolacije. U potonjem slučaju, na ulaz drajvera, potrebno je spojiti galvansku izolaciju mikrokola (najčešće, visokofrekventni diodni optospojnik);
Infazni ili antifazni;
Napajanje za drajvere (potrebna su bootstrap vrsta napajanja ili tri galvanski izolirana izvora napajanja).
Uz ekvivalentnost nekoliko vrsta drajvera, prednost treba dati onima koji prebacuju struju kapije moćnih tranzistora koristeći bipolarne VT. Ako ovu funkciju obavljaju tranzistori sa efektom polja, tada može doći do kvarova u drajveru pod određenim okolnostima (preopterećenja) zbog efekta okidača „zakačenja“.
Nakon odabira tipa pogona (i njegovih podataka), potrebne su mjere za suzbijanje strujanja u polumostu. Standardni način je da se moćan ključ odmah isključi, a zaključan uključi sa zakašnjenjem. U tu svrhu koriste se diode VD G 1 i VD G 2, koje pri zatvaranju VT-a manipuliraju otpornicima kapije, a proces gašenja će biti brži od otključavanja.
Pored ranžiranja gejt otpornika RG 1 i RG 2 pomoću dioda (VD G 1, VD G 2, slika 3.1), za borbu protiv struja u P-kolu moćne kaskade, kompanije proizvode integrisane drajvere koji su asimetrični u uslovi izlazne struje uključivanja VT I dr out m ah on i isključeno I dr out m ah off(Na primjer I dr out m ah on=2A, I dr out m ah off=3A). Time se postavljaju asimetrični izlazni otpori mikrokola, koji su serijski povezani sa otpornicima gejta R G 1 i R G 2 .
,
.
gdje su sve vrijednosti u formulama referentni podaci određenog drajvera.
Za simetričan (po strujama) pokretač, jednakost
.
Dakle, da bi se spriječila pojava prolaznih struja, potrebno je odabrati vrijednost ukupnog otpora u krugu kapije (zbog 
,
i, shodno tome, podešavanjem struje punjenja kapacitivnosti kapije VT), kašnjenje uključivanja 
tranzistor veći ili jednak vremenu potrebnom za zatvaranje VT
gdje 
– vrijeme opadanja struje odvoda (referentna vrijednost);
je vrijeme kašnjenja početka isključivanja VT u odnosu na trenutak kada se napon blokiranja primjenjuje na kapiju, što ovisi o veličini struje pražnjenja gejta (odnosno, ovisi o ukupnom otporu u krugu kapije) . Kod shunt gate dioda (VD G 1, VD G 2, slika 3.1), struja pražnjenja je jedinstveno određena otporom 
. Stoga, utvrditi 
riješi sljedeću proporciju
(odgovarajući) - 
(odgovarajući) - 
Ako je ispravljena vrijednost 
biće mnogo više 
, onda to ukazuje na pogrešan izbor tipa drajvera u smislu snage (veliki 
) i to ispravlja na gore performanse moćnih tipki. Za konačno određivanje vrijednosti 
možete koristiti tehničke referentne podatke moćnog VT-a. Za ovo, proporcija
(odgovarajući) - 
(odgovarajući) - 
(Ako rješenje daje negativnu vrijednost R G 1, tada će kašnjenje uključivanja biti osigurano sa marginom izlaznom impedansom drajvera).
Da bi se olakšala borba protiv propusnih struja, neki proizvođači već u fazi proizvodnje osiguravaju da se t isključi< t вкл (например, сборка – полумост СМ35084-5F фирмы Mitsubishi Elektric с динамическими параметрами: t з вкл =1,1 мс, t вкл =2,4 мс, t з выкл =0,9 мс, t выкл =0,5 мс).
Diode VD G 1 i VD G 2 moraju biti visokofrekventne i izdržati napon napajanja drajvera s marginom.
Za borbu protiv struja (za simetrični zakon upravljanja), možete odabrati željeni polumost drajver (ako je pogodan za druge parametre), čije je vrijeme kašnjenja podesivo u rasponu od 0,4 ... 5 μs (npr. IR drajveri kao što su IR2184 ili IR21844), ako je njihovo kašnjenje veće ili jednako t off.
U zaključku, vrijedno je napomenuti da umjesto starih modifikacija drajvera, firme izdaju nove tipove koji su kompatibilni sa starim, ali mogu imati dodatne servisne funkcije (obično ugrađene bootstrap diode, odnosno tranzistori za pokretanje koji obavljaju funkciju diode koje su ranije bile odsutne). Na primjer, drajver IR2011 je ukinut i uveden je novi IRS2011 ili IR2011S koji ga zamjenjuje (dvosmislen unos u raznim priručnicima).
Članak je posvećen razvoju LLC "Electrum AV" za industrijsku upotrebu, po svojim karakteristikama, sličnim modularnim uređajima proizvođača Semikron i CT Concept.
Savremeni koncepti razvoja energetske elektronike, nivo tehnološke osnove savremene mikroelektronike određuju aktivni razvoj sistema izgrađenih na IGBT uređajima različitih konfiguracija i snaga. U državnom programu "Nacionalna tehnološka baza" dva rada posvećena su ovoj oblasti na razvoju serije IGBT modula srednje snage u preduzeću Kontur (Čeboksari) i serije IGBT modula velike snage u preduzeću Kremniy (Brjansk) . Istovremeno, upotreba i razvoj sistema baziranih na IGBT modulima ograničena je nedostatkom domaćih drajverskih uređaja za kontrolu IGBT kapija. Ovaj problem je također relevantan za tranzistore s efektom polja velike snage koji se koriste u konvertorskim sistemima napona do 200 V.
Trenutno, na ruskom "elektronskom" tržištu, upravljačke uređaje za poljske i IGBT tranzistori velike snage predstavljaju Agilent Technologies, IR, Powerex, Semikron, CT Concept. IR i Agilent proizvodi sadrže samo kondicioner upravljačkog signala tranzistora i zaštitna kola i zahtijevaju dodatne elemente pri radu s tranzistorima velike snage ili na visokim frekvencijama za njihovu primjenu: DC/DC pretvarač potrebne snage za formiranje napona napajanja izlaznih stupnjeva , moćni eksterni izlazni stupnjevi za generisanje upravljačkih signala kapije sa potrebnom strminom ivice, zaštitni elementi (zener diode, diode itd.), elementi interfejsa upravljačkog sistema (ulazna logika, formiranje upravljačkog dijagrama polumostnih uređaja, optički izolovani statusni signali stanja kontrolisanog tranzistora, napona napajanja itd.). Powerex proizvodi također zahtijevaju DC/DC pretvarač, dok TTL, CMOS i optička vlakna zahtijevaju dodatne vanjske komponente. Takođe, nema potrebnih statusnih signala sa galvanskom izolacijom.
Funkcionalno najpotpuniji su Semikron (SKHI serija) i CT Concept (tipovi Standard ili SCALE). CT Concept drajveri serije Standart i SKHI drajveri su izrađeni u obliku štampanih ploča sa konektorima za povezivanje sa upravljačkim sistemom i kontrolisanim tranzistorima sa potrebnim elementima instaliranim na njima i sa mogućnošću ugradnje elemenata za podešavanje od strane potrošača. U pogledu svojih funkcionalnih i parametarskih karakteristika, proizvodi su bliski.
Nomenklatura vozača SKHI prikazana je u tabeli 1.
Tabela 1. Nomenklatura vozača SKHI
| Tip drajvera Semikron | Broj kanala | Maksimalni napon na kontroli. poderao tranzistora, V | Promjena napona na kapiji, V | Max imp. van. struja, A | Maksimalni naboj gejta, µC | Frekvencija, kHz | Napon izolacije, kV | DU/dt, kV/µs |
| SKHI 10/12 | 1 | 1200 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 10/17 | 1 | 1700 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 21A | 1 | 1200 | +15/–0 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A/22V | 2 | 1200 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A/H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 22V/H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 23/12 | 2 | 1200 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 23/17 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 24 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 5 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 26W | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 26F | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 27W | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 27F | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 61 | 6 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHI 71 | 7 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHIBS 01 | 7 | 1200 | +15/–8 | 1,5 | 0,75 | 20 | 2,5 | 15 |
CT Concept-ovi SCALE drajveri su bazirani na osnovnom hibridnom sklopu i uključuju glavne elemente za pokretanje poljski ili IGBT tranzistora velike snage, koji su montirani na štampanu ploču, sa mogućnošću ugradnje potrebnih elemenata za podešavanje. Ploča je također opremljena potrebnim konektorima i utičnicama.
Raspon osnovnih hibridnih sklopova SCALE drajvera iz CT Concepta prikazan je u tabeli 2.
Driver uređaji koje proizvodi Electrum AV su potpuno kompletni, funkcionalno kompletni uređaji koji sadrže sve potrebne elemente za kontrolu kapija moćnih tranzistora, obezbeđujući potrebne nivoe usklađenosti strujnih i potencijalnih signala, vremena porasta i kašnjenja, kao i potrebne nivoe zaštita za kontrolisane tranzistore na opasnim nivoima napona zasićenja (strujno preopterećenje ili kratki spoj) i nedovoljnog napona gejta. Korišteni DC/DC pretvarači i tranzistorski izlazni stupnjevi imaju neophodnu snagu da osiguraju komutaciju kontroliranih tranzistora bilo koje snage sa dovoljnom brzinom da bi se osigurali minimalni komutacijski gubici. DC/DC pretvarači i optospojnici imaju dovoljne nivoe galvanske izolacije za primjene visokog napona.
Tabela 2. Nomenklatura osnovnih hibridnih sklopova SCALE drajvera iz CT Concepta
| Tip drajvera CT Concept | Broj kanala | Napon napajanja vozač-vjera, V | Max imp. izlazna struja, A | Maksimalni napon na ex. poderao tranzistora, V | Izlazna snaga, W | Kašnjenje, ns | Napon izolacije, V | du/dt, kV/µs | ulaz |
| IGD 508E | 1 | ±15 | ±8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Vols | |
| IGD 515E | 1 | ±15 | ±15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Vols | |
| IGD 608E | 1 | ±15 | ±8 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IGD608A1 17 | 1 | ±15 | ±8 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IGD 615A | 1 | ±15 | ±15 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IGD615A1 17 | 1 | ±15 | ±15 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 215A | 2 | ±15 | ±1,5 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 280A | 2 | ±15 | ±8 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD280A1 17 | 2 | ±15 | ±8 | 1700 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 680A | 2 | ±15 | ±8 | 1200 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD680A1 17 | 2 | ±15 | ±8 | 1700 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD580F | 2 | ±15 | ±8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | Vols |
U ovom članku biće predstavljeni uređaji MD115, MD150, MD180 (MD115P, MD150P, MD180P) za upravljanje pojedinačnim tranzistorima, kao i MD215, MD250, MD280 (MD215P, MD250P, MD280P) za upravljanje polumostnim uređajima.
Jednokanalni IGBT drajver modul i moćni tranzistori sa efektom polja: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
Modul drajvera MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P je hibridno integrirano kolo za upravljanje IGBT-ovima i tranzistorima s efektom polja velike snage, uključujući i u slučaju njihove paralelne veze. Modul obezbeđuje usklađivanje nivoa struje i napona sa većinom IGBT i moćnim tranzistorima sa efektom polja sa maksimalno dozvoljenim naponom do 1700 V, zaštitu od preopterećenja ili kratkog spoja, od nedovoljnog napona na kapiji tranzistora. Upravljački program generiše signal "nesreće" u slučaju kršenja načina rada tranzistora. Uz pomoć eksternih elemenata, režim rada vozača je konfigurisan za optimalno upravljanje različitim tipovima tranzistora. Drajver se može koristiti za pogon tranzistora sa "Kelvin" izlazima ili za kontrolu struje pomoću otpornika za mjerenje struje. Uređaji MD115P, MD150P, MD180P sadrže ugrađeni DC/DC pretvarač za napajanje izlaznih stupnjeva drajvera. Uređaji MD115, MD150, MD180 zahtijevaju eksterno izolovano napajanje.
Pin assignment
1 - "hitno +" 2 - "hitno -" 3 - "ulaz +" 4 - "ulaz -" 5 - "U napajanje +" (samo za modele sa indeksom "P") 6 - "U napajanje -" (samo za modele sa indeksom “P”) 7 - “Common” 8 - “+E napajanje” 9 - “izlaz” - kontrola gejta tranzistora 10 - “–E napajanje” 11 - “na primjer” - ulaz za praćenje napona zasićenja kontroliranog tranzistora 12 - "struja" - ulaz za kontrolu struje koja teče kroz kontrolirani tranzistor
IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I dvokanalni IGBT i pogonski moduli FET pogona
Moduli drajvera MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P - hibridno integrirano kolo za kontrolu IGBT-a i moćnih tranzistora sa efektom polja u dva kanala, nezavisno i u polumostnoj vezi, uključujući i kada su tranzistori spojeni paralelno. Drajver obezbeđuje usklađivanje nivoa struje i napona kod većine IGBT i moćnih tranzistora sa efektom polja sa maksimalnim dozvoljenim naponima do 1700 V, zaštitu od preopterećenja ili kratkih spojeva, nedovoljan napon na kapiji tranzistora. Ulazi drajvera su galvanski izolovani od energetske sekcije sa izolacionim naponom od 4 kV. Drajver sadrži interne DC/DC pretvarače koji formiraju potrebne nivoe za kontrolu kapija tranzistora. Uređaj generiše potrebne statusne signale koji karakterišu način rada tranzistora, kao i prisustvo napajanja. Uz pomoć eksternih elemenata, režim rada vozača je konfigurisan za optimalno upravljanje različitim tipovima tranzistora.
Tabela 4. Oznaka pinova dvokanalnog IGBT drajverskog modula i tranzistora sa efektom polja snage
| Pin br. | Oznaka | Funkcija | Pin br. | Oznaka | Funkcija |
| 14 | VH1 "+" | Direktan kontrolni ulaz prvog kanala | 15 | IR | Mjerni kolektor za praćenje napona zasićenja na kontrolisanom tranzistoru prvog kanala |
| 13 | BX1 "-" | Invertirani kontrolni ulaz prvog kanala | 16 | SG1 | Ulaz za kontrolu napona zasićenja sa podesivim pragom i vremenom blokiranja prvog kanala |
| 12 | ST "+ E jama" | Status napona napajanja izlaznog stepena prvog kanala | 17 | Out2 | Upravljački izlaz tranzistorske kapije sa podesivim vremenom uključivanja kontrolisanog tranzistora prvog kanala |
| 11 | Sz | Ulaz za povezivanje dodatnog kondenzatora (podešavanje vremena kašnjenja uključivanja) prvog kanala | 18 | Out1 | Upravljački izlaz tranzistorske kapije sa podesivim vremenom isključivanja kontroliranog tranzistora prvog kanala |
| 10 | ST | Izlaz statusa alarma na kontrolisanom tranzistoru prvog kanala | 19 | –E jama | |
| 9 | BLOK | Interlock ulaz | 20 | Često | Naponski izlazi naponskog dijela drajvera prvog kanala |
| 8 | Nije uključen | 21 | +E pit | Naponski izlazi naponskog dijela drajvera prvog kanala | |
| 7 | +5V | 22 | + E jama" | ||
| 6 | Ulaz za povezivanje napajanja ulaznog kola | 23 | Često" | Izlazi napona napajanja energetskog dijela drajvera drugog kanala | |
| 5 | BX2 "+" | Direktan kontrolni ulaz drugog kanala | 24 | –E jama" | Izlazi napona napajanja energetskog dijela drajvera drugog kanala |
| 4 | BX2 "-" | Inverzni kontrolni ulaz drugog kanala | 25 | Out1" | Upravljački izlaz tranzistorske kapije sa podesivim vremenom uključivanja kontrolisanog tranzistora drugog kanala |
| 3 | ST "+ E jama" 9 | Status napona napajanja izlaznog stepena drugog kanala | 26 | Out2" | Upravljački izlaz tranzistorske kapije sa podesivim vremenom isključivanja kontroliranog tranzistora drugog kanala |
| 2 | Sz9 | Ulaz za povezivanje dodatnog kondenzatora (podešavanje vremena kašnjenja prebacivanja) drugog kanala | 27 | IK1" | Ulaz za kontrolu napona zasićenja sa podesivim pragom i vremenom blokiranja drugog kanala |
| 1 | ST9 | Izlaz statusa alarma na kontrolisanom tranzistoru drugog kanala | 28 | IR" | Mjerni kolektor za praćenje napona zasićenja na kontrolisanom tranzistoru drugog kanala |
Uređaji oba tipa MD1HHH i MD2HHH obezbeđuju formiranje upravljačkih signala za tranzistorske kapije sa posebno podesivim strujama punjenja i pražnjenja, sa potrebnim dinamičkim parametrima, obezbeđuju kontrolu napona i zaštitu tranzistorskih kapija u slučaju nedovoljnog ili previsokog napona na njima. Oba tipa uređaja nadziru napon zasićenja kontroliranog tranzistora i izvode glatko isključivanje opterećenja u nuždi u kritičnim situacijama, generirajući signal izolacije optokaplera koji to ukazuje. Pored ovih funkcija, uređaji serije MD1XXX imaju mogućnost upravljanja strujom kroz kontrolirani tranzistor pomoću eksternog strujnog mjernog otpornika - "šanta". Takve otpornike, otpornosti od 0,1 do nekoliko mOhm i snage od desetine i stotine vati, izrađene na keramičkim osnovama u obliku nihrom ili manganinskih traka precizne geometrije sa podesivim veličinama, razvio je i Electrum AV LLC. Detaljnije informacije o njima možete pronaći na web stranici www.orel.ru/voloshin.
Tabela 5. Glavni električni parametri
| ulazno kolo | ||||
| min. | tip. | Max. | ||
| Napon napajanja, V | 4,5 | 5 | 18 | |
| Struja potrošnje, mA | ne više od 80 bez opterećenja ne više od 300mA sa opterećenjem | |||
| Logika unosa | CMOS 3 -15 V, TTL | |||
| Kontrolna ulazna struja, mA | ne više od 0,5 | |||
| Izlazni napon st, V | ne više od 15 | |||
| Izlazna struja na izlazu st, mA | najmanje 10 | |||
| izlazni krug | ||||
| Vršna izlazna struja, A | ||||
| MD215 | ne više od 1,5 | |||
| MD250 | ne više od 5,0 | |||
| MD280 | ne više od 8,0 | |||
| Prosječna izlazna struja, mA | ne više od 40 | |||
| Maksimalna frekvencija prebacivanja, kHz | najmanje 100 | |||
| Brzina promjene napona, kV/μs | najmanje 50 | |||
| Maksimalni napon na kontrolisanom tranzistoru, V | najmanje 1200 | |||
| DC/DC pretvarač | ||||
| Izlazni naponi, V | najmanje 15 | |||
| Snaga, W | najmanje 1 najmanje 6 (za modele sa indeksom M) | |||
| efikasnost | najmanje 80% | |||
| Dinamičke karakteristike | ||||
| Kašnjenje ulaznog izlaza t uključeno, µs | ne više od 1 | |||
| Preostalo kašnjenje isključivanja t isključeno, ms | ne više od 0,5 | |||
| Status kašnjenje uključivanja, µs | ne više od 1 | |||
| Vrijeme oporavka nakon djelovanja zaštite, μs | ne više od 10 | |||
| ne manje od 1 (podešeno kapacitetima Ct, Ct") | ||||
| Vrijeme odziva kruga zaštite napona zasićenja kada je tranzistor uključen tblock, μs | najmanje 1 | |||
| Granični naponi | ||||
| min. | tip. | Max. | ||
| Prag rada zaštite za nedovoljno napajanje E, V | 10,4 | 11 | 11,7 | |
| Zaštitni krug napona zasićenja kontroliranog tranzistora osigurava da je izlaz isključen i da se CT signal generiše na naponu na "IK" ulazu, V | 6 | 6,5 | 7 | |
| Izolacija | ||||
| Napon izolacije upravljačkih signala u odnosu na signale snage, V | najmanje 4000 AC napona | |||
| DC/DC napon izolacije pretvarača, V | ne manji od 3000 DC napona | |||
Predloženi drajveri vam omogućavaju da kontrolišete tranzistori na visokoj frekvenciji (do 100 kHz), što vam omogućava da postignete veoma visoku efikasnost procesa konverzije.
Uređaji serije MD2HHH imaju ugrađeni ulazni logički blok koji vam omogućava da kontrolišete signale različitih vrednosti od 3 do 15 V (CMOS) i standardnih TTL nivoa, istovremeno obezbeđujući identičan nivo upravljačkih signala tranzistorskih kapija i formiranje vrijeme kašnjenja za prebacivanje gornjeg i donjeg kraka polumosta, što omogućava da se osigura odsustvo prolaznih struja.
Značajke upotrebe drajvera na primjeru uređaja MD2XXX
Kratka recenzija
Moduli drajvera MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P su univerzalni upravljački moduli dizajnirani za prebacivanje IGBT-ova i tranzistora sa efektom polja velike snage.
Svi tipovi MD2XXX imaju međusobno kompatibilne kontakte i razlikuju se samo po nivou maksimalne impulsne struje.
Tipovi MD veće snage - MD250, MD280, MD250P, MD280P su pogodni za većinu modula ili nekoliko paralelno povezanih tranzistora koji se koriste na visokim frekvencijama.
Moduli drajvera serije MD2XXX pružaju kompletno rješenje za probleme kontrole i zaštite za IGBT i FET-ove snage. U stvari, nikakve dodatne komponente nisu potrebne ni u ulaznom ni u izlaznom dijelu.
Akcija
Moduli drajvera MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P za svaki od dva kanala sadrže:
- ulazno kolo koje obezbeđuje usklađivanje nivoa signala i zaštitno kašnjenje prebacivanja;
- električna izolacija između ulaznog kola i napojnog (izlaznog) dijela;
- tranzistorski pogonski krug; na otvorenom tranzistoru;
- krug za kontrolu nivoa napona napajanja pogonskog dijela;
- pojačalo;
- zaštita od napona u izlaznom dijelu drajvera;
- električno izolovani izvor napona - DC//DC pretvarač (samo za module sa P indeksom)
Oba kanala drajvera rade nezavisno jedan od drugog.
Zbog električne izolacije koju osiguravaju transformatori i optokapleri (podvrgnuti ispitnom naponu od 2650 V AC 50 Hz u trajanju od 1 min.) između ulaznog kola i energetskog dijela, kao i izuzetno visoke brzine napona od 30 kV/µs , upravljački moduli se koriste u krugovima s visokim potencijalnim naponima i velikim potencijalnim skokovima koji se javljaju između energetskog dijela i upravljačkog (kontrolnog) kruga.
Vrlo kratko vrijeme kašnjenja drajvera serije MD2XXX omogućava njihovu upotrebu u visokofrekventnim izvorima napajanja, visokofrekventnim pretvaračima i rezonantnim pretvaračima. Zahvaljujući izuzetno kratkom vremenu kašnjenja, oni garantuju nesmetan rad u kontroli mosta.
Jedna od glavnih funkcija drajvera serije MD2XXX je garancija pouzdane zaštite kontroliranih energetskih tranzistora od kratkih spojeva i preopterećenja. Stanje u nuždi tranzistora određeno je naponom na kolektoru energetskog tranzistora u otvorenom stanju. Ako se prekorači korisnički definirani prag, tranzistor snage se isključuje i ostaje blokiran do kraja aktivnog nivoa signala na kontrolnom ulazu. Nakon toga, tranzistor se može ponovo uključiti primjenom aktivnog nivoa na kontrolni ulaz. Ovaj koncept zaštite se široko koristi za pouzdanu zaštitu IGBT-ova.
Funkcionalna svrha zaključaka
Pinovi 14 (BX1 "+"), 13 (BX1 "-")
Pinovi 13 i 14 su kontrolni ulazi drajvera. Kontrola se vrši primjenom TTL logičkih nivoa na njih. Ulaz Vx1 "+" je direktan, odnosno kada se na njega primeni logička 1, tranzistor snage se otvara, a kada se primeni 0, zatvara se. Ulaz Vx1 "-" je inverzan, odnosno kada se na njega primeni logička 1, tranzistor snage se zatvara, a kada se primeni 1, otvara se. Obično je Vx1 "-" spojen na zajednički provodnik ulaznog dijela drajvera, a njime upravlja ulaz Vx1 "+". Invertujuće i neinvertujuće prebacivanje drajvera prikazano je na slici 10.
Tabela 6 prikazuje dijagram stanja jednog kanala drajvera.
Električna izolacija između ulaznog i izlaznog dijela drajvera na ovim pinovima se vrši pomoću optokaplera. Zahvaljujući njihovoj upotrebi, isključena je mogućnost uticaja tranzistora na tranzistor snage u upravljačkom kolu.
Tabela 6. Dijagram stanja jednog kanala drajvera
| Vh1+ | Bx1– | Napon tranzistorskih vrata | Napon zasićenja tranzistora > normalan | Sv | St "+ E jama" | Izlaz |
| X | X | + | X | X | L | L |
| x | x | x | + | l | H | l |
| l | x | x | x | x | H | l |
| x | H | x | x | x | H | l |
| H | l | - | - | H | H | H |
Ulazno kolo ima ugrađenu zaštitu koja sprečava da se oba polumostna tranzistora otvore istovremeno. Ako se aktivni kontrolni signal primijeni na upravljačke ulaze oba kanala, tada će se kolo blokirati, a oba tranzistora snage će biti zatvorena.
Moduli pokretača trebaju biti smješteni što bliže energetskim tranzistorima i povezani s njima najkraćim mogućim provodnicima. Ulazi Vx1 "+" i Vx1 "-" mogu se spojiti na upravljačko i nadzorno kolo sa provodnicima dužine do 25 cm.
Štaviše, provodnici moraju raditi paralelno. Dodatno, ulazi Ix1 "+" i Ix1 "-" mogu se spojiti na upravljačko i nadzorno kolo pomoću upredene parice. Zajednički provodnik na ulazno kolo uvijek mora biti povezan odvojeno za oba kanala kako bi se osigurao pouzdan prijenos kontrolnih impulsa.
Dok se pouzdan prijenos kontrolnih impulsa javlja u slučaju vrlo dugog impulsa, kompletna konfiguracija se mora provjeriti u slučaju minimalno kratkog kontrolnog impulsa.
Zaključak 12 (ST "+ E jama")
Pin 12 je statusni izlaz koji potvrđuje prisustvo snage (+18 V) na izlaznom (naponskom) dijelu drajvera. Sastavlja se prema shemi otvorenog kolektora. Tokom normalnog rada drajvera (prisustvo napajanja i njegov dovoljan nivo), statusni izlaz je povezan sa zajedničkim izlazom upravljačkog kola pomoću otvorenog tranzistora. Ako je ovaj statusni izlaz povezan prema šemi prikazanoj na slici 11, tada će hitna situacija odgovarati visokom naponskom nivou na njemu (+5 V). Normalan rad drajvera će odgovarati niskom naponskom nivou na ovom statusnom pinu. Tipična vrijednost struje koja teče kroz statusni pin odgovara 10 mA, stoga se vrijednost otpornika R izračunava po formuli R \u003d U / 0,01,
gdje je U napon napajanja. Kada napon napajanja padne ispod 12 V, tranzistor napajanja se isključuje i drajver se blokira.
Zaključak 11 (Sz)
Dodatni kondenzator je spojen na pin 11, što povećava vrijeme kašnjenja između ulaznih i izlaznih impulsa na drajveru. Standardno (bez dodatnog kondenzatora) ovo vrijeme je točno 1 µs, zbog čega drajver ne reagira na impulse kraće od 1 µs (zaštita od impulsnog šuma). Osnovna svrha ovog kašnjenja je eliminirati pojavu prolaznih struja koje se javljaju u polumostovima. Prolazne struje uzrokuju zagrijavanje energetskih tranzistora, djelovanje zaštite u nuždi, povećavaju potrošnju struje i pogoršavaju efikasnost kola. Zbog uvođenja ovog kašnjenja od strane oba kanala vozača opterećenog na polumostu, moguće je kontrolisati jedan signal u obliku meandra.
Na primjer, modul 2MBI 150 ima kašnjenje isključivanja od 3 µs, pa je, kako bi se isključila pojava prolaznih struja u modulu kada se kanali zajednički upravljaju, potrebno staviti dodatni kapacitet od najmanje 1200 pF na oba kanala.
Da bi se smanjio utjecaj temperature okoline na vrijeme kašnjenja, potrebno je odabrati kondenzatore sa niskim TKE.
Pin 10 (CT)
Pin 10 je statusni izlaz kvara na tranzistoru snage prvog kanala. Visok logički nivo na izlazu odgovara normalnom radu vozača, a nizak nivo - nesreći. Do nesreće dolazi kada napon zasićenja na tranzistoru snage pređe nivo praga. Maksimalna struja koja teče kroz izlaz je 8 mA.
Pin 9 (BLOK)
Pin 6 je kontrolni ulaz drajvera. Kada se na njega primeni logička jedinica, drajver je blokiran i napon blokiranja se primenjuje na tranzistore snage. Ulaz za blokiranje je zajednički za oba kanala. Za normalan rad drajvera, logička nula mora se primijeniti na ovaj ulaz.
Pin 8 se ne koristi.
Pinovi 7 (+5 V) i 6 (uobičajeni)
Pinovi 6 i 7 su ulazi za povezivanje napajanja sa drajverom. Napajanje se vrši iz izvora snage 8 W i izlaznog napona 5 ± 0,5 V. Napajanje se mora spojiti na drajver kratkim provodnicima (da bi se smanjili gubici i povećala otpornost na buku). Ako su spojni provodnici duži od 25 cm, potrebno je između njih postaviti kapacitete za prigušivanje buke što bliže drajveru (keramički kondenzator kapaciteta 0,1 μF).
Pin 15 (IR)
Pin 15 (mjerni kolektor) spojen je na kolektor energetskog tranzistora. Preko njega se prati napon na otvorenom tranzistoru. U slučaju kratkog spoja ili preopterećenja, napon na otvorenom tranzistoru naglo raste. Kada se prekorači granična vrijednost napona na kolektoru tranzistora, energetski tranzistor se blokira i aktivira se status MT alarma. Vremenski dijagrami procesa koji se dešavaju u vozaču kada se zaštita aktivira prikazani su na slici 7. Prag zaštite može se smanjiti spajanjem serijski spojenih dioda, a vrijednost praga napona zasićenja U us. por.=7 –n U pr.VD, gdje je n broj dioda, U pr.VD je pad napona na otvorenoj diodi. Ako se energetski tranzistor napaja iz izvora od 1700 V, potrebno je ugraditi dodatnu diodu s probojnim naponom od najmanje 1000 V. Katoda diode je spojena na kolektor energetskog tranzistora. Vrijeme odziva zaštite može se podesiti korištenjem izlaza 16-IK1.
Zaključak 16 (IK1)
Pin 16 (mjerni kolektor), za razliku od pina 15, nema ugrađenu diodu i ograničavajući otpornik. Potrebno je spojiti kondenzator, koji određuje vrijeme odziva zaštite naponom zasićenja na otvorenom tranzistoru. Ovo kašnjenje je neophodno kako bi se isključio efekat smetnji na kolo. Zbog spajanja kondenzatora, vrijeme odziva zaštite raste proporcionalno kapacitivnosti blokiranja t =4 S U us. por., gdje je C kapacitivnost kondenzatora, pF. Ovo vrijeme se dodaje internom vremenu kašnjenja vozača t off (10%)=3 µs. Po defaultu, drajver ima kapacitivnost C = 100 pF, stoga je kašnjenje zaštitnog odgovora t = 4 100 6,3 + t isključeno (10%) = 5,5 µs. Ako je potrebno, ovo vrijeme se može povećati spajanjem kapacitivnosti između pina 16 i zajedničke žice napajanja jedinice za napajanje.
Pinovi 17 (out.2) i 18 (out.1)
Pinovi 17 i 18 su izlazi drajvera. Dizajnirani su za povezivanje tranzistora snage i podešavanje njihovog vremena uključivanja. Na pin 17 (out.2), pozitivni potencijal (+18 V) se dovodi do kapije kontrolisanog modula, a preko pina 18 (out. 1), negativni potencijal (-5 V). Ako je potrebno obezbediti strme kontrolne ivice (reda od 1 µs) i ne baš veliku snagu opterećenja (dva 2MBI 150 modula povezana paralelno), ovi izlazi se mogu direktno povezati na kontrolne izlaze modula. Ako je potrebno zategnuti prednje strane ili ograničiti struju upravljanja (u slučaju velikog opterećenja), tada se moduli moraju povezati na pinove 17 i 18 preko ograničavajućih otpornika.
Ako napon zasićenja premašuje granični nivo, dolazi do zaštitnog glatkog smanjenja napona na kapiji kontrolnog tranzistora. Vrijeme za smanjenje napona na kapiji tranzistora na nivo od 90%t off (90%)=0,5 µs, na nivo od 10%t off (10%)=3 µs. Neophodno je glatko smanjenje izlaznog napona kako bi se isključila mogućnost skoka napona.
Pinovi 19 (-E pit), 20 (Zajednički) i 21 (+E pit)
Pinovi 19, 20 i 21 su izlazna snaga pogonskog dijela. Ovi pinovi se napajaju naponom iz DC/DC pretvarača drajvera. U slučaju korištenja drajvera kao što su MD215, MD250, MD280 bez ugrađenih DC/DC pretvarača, ovdje su spojena eksterna napajanja: 19. izlaz -5 V, 20. izlaz - zajednički, 21 izlaz +18 V za struju do 0,2 A.
Proračun i izbor vozača
Početni podaci za proračun su ulazna kapacitivnost modula C in ili ekvivalentno punjenje Q in, ulazni otpor modula R in, ljuljanje napona na ulazu modula U = 30 V (dato u referentnim informacijama za modul), maksimalna radna frekvencija na kojoj modul radi f max.
Potrebno je pronaći pulsnu struju koja teče kroz kontrolni ulaz modula Imax, maksimalnu snagu DC/DC pretvarača P.
Slika 16 prikazuje ekvivalentno kolo ulaza modula, koje se sastoji od kapacitivnosti kapije i završnog otpornika.
Ako je naelektrisanje Q in navedeno u početnim podacima, onda ga je potrebno preračunati u ekvivalentnu ulaznu kapacitivnost C in =Q u /D U.
Reaktivna snaga dodijeljena ulaznom kapacitetu modula izračunava se po formuli Rs =f Qin D U. Ukupna snaga DC/DC pretvarača drajvera R je zbir snage koju troši izlazni stupanj drajvera Rout i reaktivna snaga dodijeljena ulaznom kapacitetu modula Rs: P = P izlaz + Rs.
Radna frekvencija i ljuljanje napona na ulazu modula su tokom proračuna uzeti kao maksimalni, stoga je dobijena maksimalna moguća snaga DC/DC pretvarača tokom normalnog rada drajvera.
Znajući otpor ograničavajućeg otpornika R, možete pronaći impulsnu struju koja teče kroz drajver: I max = D U / R.
Na osnovu rezultata proračuna, moguće je odabrati najoptimalniji drajver potreban za upravljanje energetskim modulom.
Snažni MOSFET-ovi su dobri za sve, osim za jednu malu nijansu - često ih je nemoguće spojiti direktno na pinove mikrokontrolera.
Ovo je, prije svega, zbog činjenice da dozvoljene struje za izlaze mikrokontrolera rijetko prelaze 20 mA, a za vrlo brzo prebacivanje MOSFET-a (sa dobrim ivicama), kada treba vrlo brzo napuniti ili isprazniti gejt (koji uvijek ima neki kapacitet). ), potrebne su nam struje za red veličine veće.
I, drugo, napajanje kontrolera je obično 3 ili 5 volti, što vam u principu omogućava direktnu kontrolu samo malom klasom terenskih radnika (koji se nazivaju logički nivo - s logičkom kontrolnom razinom). A s obzirom da obično napajanje kontrolera i napajanje ostatka kola ima zajedničku negativnu žicu, ova klasa se svodi isključivo na N-kanalne terenske uređaje "logičkog nivoa".
Jedan od izlaza, u ovoj situaciji, je korištenje posebnih mikro krugova - drajvera, koji su upravo dizajnirani da povlače velike struje kroz vrata radnika na terenu. Međutim, ova opcija nije bez nedostataka. Prvo, vozači nisu uvijek dostupni u trgovinama, a drugo, prilično su skupi.
S tim u vezi, nastala je ideja da se napravi jednostavan, jeftin drajver koji bi se mogao koristiti za kontrolu i N-kanalnih i P-kanalnih terenskih uređaja u bilo kojem niskonaponskom kolu, recimo, do 20 volti. , srećom, ja, kao pravo radio smeće, u gomile sve elektronske smeće, pa je nakon niza eksperimenata rođena ova šema:
- R 1 = 2,2 kOhm, R 2 = 100 Ohm, R 3 = 1,5 kOhm, R 4 = 47 Ohm
- D 1 - dioda 1N4148 (staklena cijev)
- T 1, T 2, T 3 - tranzistori KST2222A (SOT-23, oznaka 1P)
- T 4 - tranzistor BC807 (SOT-23, oznaka 5C)
Kapacitivnost između Vcc i Out simbolizira vezu P-kanalnog polja, kapacitivnost između Out i Gnd simbolizira vezu N-kanalnog polja (kapacitivnost kapija ovih polja uređaja).
Isprekidana linija dijeli krug na dva stupnja (I i II). U ovom slučaju, prvi stepen radi kao pojačalo snage, a drugi stepen - kao strujni pojačalo. Rad kruga je detaljno opisan u nastavku.
Dakle. Ako se na ulazu In pojavi visok nivo signala, tada se tranzistor T1 otvara, tranzistor T2 se zatvara (pošto potencijal na njegovoj bazi pada ispod potencijala na emiteru). Kao rezultat toga, tranzistor T3 se zatvara, a tranzistor T4 se otvara i kroz njega se dopunjava kapacitet kapije povezanog polja. (Struja baze tranzistora T4 teče duž putanje E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).
Ako se na ulazu In pojavi nizak nivo signala, onda se sve događa obrnuto - tranzistor T1 se zatvara, zbog čega raste potencijal baze tranzistora T2 i on se otvara. Ovo, zauzvrat, uzrokuje otvaranje tranzistora T3 i zatvaranje tranzistora T4. Dopuna kapacitivnosti kapije priključenog terenskog radnika se odvija preko otvorenog tranzistora T3. (Osnovna struja tranzistora T3 teče duž putanje Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3).
To je u suštini ceo opis, ali neke tačke verovatno zahtevaju dodatno objašnjenje.
Prvo, koja je svrha tranzistora T2 i diode D1 u prvoj fazi? Ovdje je sve vrlo jednostavno. Nisam uzalud napisao iznad putanje baznih struja izlaznih tranzistora za različita stanja kola. Pogledajte ih još jednom i zamislite šta bi se dogodilo da nema tranzistora T2 sa trakom. Tranzistor T4 bi se u ovom slučaju pokrenuo velikom strujom (što znači bazna struja tranzistora) koja teče iz izlaza Out kroz otvorene T1 i R2, a tranzistor T3 bi bio pokrenut malom strujom koja teče kroz otpornik R3. To bi rezultiralo vrlo dugim rastućim rubom izlaznih impulsa.
I drugo, mnoge će vjerojatno zanimati zašto su potrebni otpornici R2 i R4. Zalijepio sam ih kako bih barem malo ograničio vršnu struju kroz baze izlaznih tranzistora, kao i da konačno skratim prednju i zadnju ivicu impulsa.
Sastavljeni uređaj izgleda ovako:
Drajver je ožičen za smd komponente, i to na način da se lako može spojiti na glavnu ploču uređaja (u vertikalnom položaju). Odnosno, na glavnoj ploči možemo imati polumost, ili nešto drugo, a već u ovoj ploči ostaje samo vertikalno ubaciti drajverske ploče na prava mjesta.
Ožičenje ima neke specifičnosti. Da bih radikalno smanjio veličinu ploče, morao sam "malo pogriješiti" da napravim ožičenje tranzistora T4. Prije lemljenja na ploču, morate je okrenuti licem prema dolje (označavanje) i saviti noge u suprotnom smjeru (od ploče).
Kao što vidite, trajanje frontova je praktično nezavisno od nivoa napona napajanja i iznosi nešto više od 100 ns. Po mom mišljenju, prilično dobro za ovakav proračunski dizajn.
