Možda nakon čitanja ovog članka nećete morati instalirati radijatore iste veličine na tranzistore.
Prijevod ovog članka.

Mala poruka od prevodioca:

Prvo, u ovom prijevodu mogu biti ozbiljni problemi s prijevodom pojmova, nisam se dovoljno bavio elektrotehnikom i sklopovima, ali ipak nešto znam; Također sam se trudio da sve prevedem što jasnije, tako da nisam koristio koncepte kao što su bootstrap, MOS tranzistor itd. Drugo, ako je već teško napraviti pravopisnu grešku (pohvalite procesore teksta sa naznakom grešaka), onda je prilično lako pogriješiti u interpunkciji.
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>, dizajn samog kruga, a još više dijagram povezivanja motora, nije dovoljno detaljno opisan. Obično izgleda ovako:
- uzimamo motor
- uzimamo komponente
- povezujemo komponente i motor
- …
- PROFIT!1!

Ali da biste izgradili složenija kola od jednostavnog okretanja PWM motora u jednom smjeru kroz L239x, obično morate znati o punim mostovima (ili H-mostovima), o tranzistorima s efektom polja (ili MOSFET-ima) i o drajverima za njih. . Ako ništa ne ograničava, onda možete koristiti p-kanalne i n-kanalne tranzistore za puni most, ali ako je motor dovoljno snažan, tada će se p-kanalni tranzistori prvo morati ponderisati velikim brojem radijatora, a zatim dodati hladnjake , ali ako ih je šteta izbaciti, onda možete isprobati druge vrste hlađenja ili jednostavno koristiti samo n-kanalne tranzistore u krugu. Ali postoji mali problem s n-kanalnim tranzistorima - njihovo otvaranje "na prijateljski način" ponekad može biti prilično teško.

Zato sam tražio nešto što bi mi pomoglo da ispravim dijagram i našao sam članak na blogu mladića po imenu Syed Tahmid Mahbub. Odlučio sam podijeliti ovaj članak.

U mnogim situacijama moramo koristiti tranzistore s efektom polja kao prekidače najvišeg nivoa. Takođe, u mnogim situacijama moramo koristiti tranzistore sa efektom polja kao prekidače i gornjeg i donjeg nivoa. Na primjer, u mosnim krugovima. U nekompletnim mostovima 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 upravljačkog programa ključa niskog i visokog nivoa za MOSFET. Daleko 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 i opis i lokacije pinova:

Slika 1 - Funkcionalni blok dijagram IR2110

Slika 2 - pinout IR2110

Slika 3 - Opis pinova IR2110

Takođe je vredno pomenuti da IR2110 dolazi u dva paketa – 14-pinski PDIP za pin montažu i 16-pinski SOIC za površinski montiranje.

Hajde sada da pričamo o različitim kontaktima.

VCC je napajanje niskog nivoa, treba da bude između 10V i 20V. VDD je logička snaga za IR2110, 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 od napajanja

Obično se koristi VDD od +5V. Pri VDD = + 5V, ulazni prag logičke 1 je nešto veći od 3V. Dakle, kada je VDD = + 5V, IR2110 se može koristiti za pokretanje opterećenja kada je "1" ulaz veći od 3 (donekle) volta. To znači da se IR2110 može koristiti za skoro sva kola, jer većina kola ima tendenciju da se napaja sa oko 5V. Kada koristite mikrokontrolere, izlazni napon će biti veći od 4V (na kraju krajeva, mikrokontroler često ima VDD = + 5V). Kada se koristi SG3525 ili TL494 ili drugi PWM kontroler, vjerovatno će se morati napajati naponom većim od 10V, što znači da će izlazi biti veći od 8V sa logičkim. Dakle, IR2110 se može koristiti gotovo svuda.

Takođe možete smanjiti VDD na oko +4V ako koristite mikrokontroler ili bilo koji čip koji daje izlaz od 3,3V (npr. dsPIC33). Kada sam dizajnirao kola sa IR2110, primetio sam da kolo ponekad ne radi kako se očekivalo kada je VDD IR2110 bio podešen na manje od +4V. Stoga ne preporučujem korištenje VDD ispod +4V. U većini mojih kola nivoi signala nemaju napon manji od 4V kao "1" i zato koristim VDD = + 5V.

Ako iz nekog razloga u krugu nivo logičkog signala "1" ima napon manji od 3V, tada morate koristiti pretvarač nivoa / translator nivoa, to će podići napon do prihvatljivih granica. U takvim situacijama preporučujem podizanje na 4V ili 5V i korištenje VDD = + 5V IR2110.

Hajde sada da pričamo o VSS i COM. VSS je zemlja za logiku. COM je "niski povrat" - u osnovi nisko tlo drajvera. Moglo bi izgledati kao da su neovisni i mogli biste pomisliti da bi moglo biti moguće izolovati izlaze drajvera i logiku signala drajvera. Međutim, to 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. Visoki signal na HIN-u znači da želimo da kontrolišemo visoki ključ, to jest, visoki nivo se šalje na HO. Nizak signal na HIN-u znači da želimo da isključimo MOSFET visokog nivoa, odnosno da se na HO izvodi niskorazinski izlaz. Izlaz HO, visok ili nizak, ne smatra se u odnosu na uzemljenje, već u odnosu na VS. Uskoro ćemo vidjeti kako kola pojačala (dioda + kondenzator) koji koriste VCC, VB i VS obezbjeđuju plivajuću snagu za pokretanje MOSFET-a. VS je plivajući povrat snage. Kada je nivo visok, nivo na HO je jednak nivou na VB, u odnosu na VS. Na niskom nivou, nivo na HO je VS, u odnosu na VS, praktično nula.

Visoki LIN signal znači da želimo da upravljamo niskim prekidačem, odnosno da se na LO pravi visoki izlaz. Nizak LIN signal znači da želimo da isključimo MOSFET niskog nivoa, to jest, pin niskog nivoa se primenjuje na LO. Izlaz u LO se smatra relativnim u odnosu na tlo. 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 omogućen - funkcija zaustavljanja je onemogućena. Kada je ovaj pin visok, izlazi se isključuju, onemogućujući kontrolu nad IR2110.
Sada pogledajmo 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 pojačala. Kada je LIN = 1 i Q2 uključen, C1 i C2 se napajaju na VB jer se jedna dioda nalazi 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 Q1 izvora za pokretanje Q1 u konfiguraciji visokog ključa. Za C1 mora biti izabran dovoljno veliki kapacitet kako bi bio dovoljan da obezbedi neophodnu napunjenost za Q1 da Q1 ostane uključen sve 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 duže traje u uključenom stanju, potreban je veći kapacitet. Dakle, niža frekvencija zahtijeva veći C1 kapacitet. Veći faktori punjenja zahtijevaju veće kapacitete C1. Naravno, postoje formule za izračunavanje kapacitivnosti, ali za to morate znati mnoge parametre, a neke od njih možda ne znamo, na primjer, struju curenja kondenzatora. Stoga sam samo procijenio okvirni kapacitet. Za niske frekvencije kao što je 50Hz, koristim kapacitivnost od 47μF do 68μF. Za visoke frekvencije kao što je 30-50 kHz, koristim 4,7 μF do 22 μF. Pošto koristimo elektrolitički kondenzator, paralelno sa ovim kondenzatorom mora se koristiti i keramički kondenzator. Keramički kondenzator je opcioni ako je pojačivač 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 bi trebao doći iz izvora bez smetnji. Morate instalirati kondenzatore za filtriranje i razdvajanje od +VCC do uzemljenja radi filtriranja.

Pogledajmo sada nekoliko primjera kola sa IR2110.

Slika 6 - Shema sa IR2110 za visokonaponski polumost

Slika 7 - Šema sa IR2110 za visokonaponski puni most sa nezavisnom kontrolom ključa (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. Također, ovdje možete 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 - Šema sa IR2110 za visokonaponski puni most sa dva ključa za kontrolu (može kliknuti)

Slika 9 - Šema sa IR2110 kao visokonaponskim drajverom najvišeg nivoa

Na slici 9 vidimo IR2110 koji se koristi kao drajver najvišeg nivoa. Krug je prilično jednostavan i ima istu funkcionalnost kao što je gore opisano. Treba uzeti u obzir jednu stvar - 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 dvostrukim drajverom niske razine

Ako imate problema sa IR2110 i sve se stalno ruši, gori ili eksplodira, onda sam siguran da je to zato što ne koristite otpornike gejt-source, pod pretpostavkom, naravno, da sve pažljivo dizajnirate. NIKAD NE ZABORAVITE NA OTPORNIKE NA IZVORNOM ZATVORKU... Ako ste zainteresovani, o mom iskustvu sa njima možete pročitati ovde (objašnjavam i razlog zašto otpornici sprečavaju oštećenja).

Drajveri za tranzistor sa efektom polja

Drajveri za MOSFET i IGBT tranzistore su uređaji za upravljanje moćnim poluvodičkim uređajima u izlaznim stupnjevima pretvarača električne energije. Koriste se kao posredna veza između upravljačkog kola (kontrolora ili digitalnog signalnog procesora) i moćnih aktuatora.

Faze razvoja energetske (energetske) elektronike određene su napretkom u tehnologijama električnih prekidača i njihovih upravljačkih shema. Dominantni trend u energetskoj elektronici je povećanje radnih frekvencija pretvarača koji su dio sklopnih izvora napajanja. Konverzija električne energije na višim frekvencijama poboljšava karakteristike specifične težine i veličine impulsnih transformatora, kondenzatora i filterskih prigušnica. Dinamički i statički parametri energetskih uređaja se stalno poboljšavaju, ali moćne tipke također moraju biti efikasno kontrolirane. Snažni MOSFET i IGBT drajveri velike brzine dizajnirani su za uravnoteženu interakciju između upravljačkog kola i izlaznih stupnjeva. Drajveri imaju velike izlazne struje (do 9 A), kratka vremena porasta, vremena pada, kašnjenja i druge zanimljive karakteristike. Klasifikacija vozača prikazana je na slici 2.15.

Slika 2.15 -Klasifikacija drajvera

Vozač mora imati najmanje jedan eksterni pin (dva u push-pull krugovima), što je obavezno. Može poslužiti kao predpulsno pojačalo, kao i direktno kao ključni element u prekidačkom napajanju.

Bipolarni tranzistori, MOS tranzistori i uređaji tipa okidača (tiristori, trijaci) mogu se koristiti kao kontrolirani uređaji u strujnim krugovima za različite svrhe. Zahtjevi za vozača koji obavlja optimalnu kontrolu u svakom od ovih slučajeva su različiti. Pogon bipolarnog tranzistora mora kontrolisati struju baze pri uključivanju i osigurati resorpciju manjinskih nosilaca u bazi tokom faze isključivanja. U ovom slučaju, maksimalne vrijednosti kontrolne struje malo se razlikuju od prosječnih u odgovarajućem intervalu. MOS tranzistor je kontroliran naponom, međutim, na početku intervala uključivanja i isključivanja, drajver mora propuštati velike impulsne struje punjenja i pražnjenja kapaciteta uređaja. Uređaji tipa okidača zahtijevaju formiranje kratkog strujnog impulsa samo na početku intervala uključivanja, budući da se isključivanje (prekidanje) u najčešćim uređajima događa duž glavnih, a ne kontrolnih elektroda. Svi ovi zahtjevi moraju biti ispunjeni od strane odgovarajućih vozača u jednoj ili drugoj mjeri.

Na slikama 2.16 ... 2.18 prikazana su tipična kola za uključivanje bipolarnih i poljski MOS tranzistora pomoću jednog tranzistora u drajveru. To su takozvana kola sa pasivnim isključenjem tranzistora snage. Kao što se može vidjeti sa slike, ova kola su potpuno identična u strukturi drajvera, što omogućava korištenje istih krugova za upravljanje tranzistorima oba tipa. U ovom slučaju, resorpcija nosača akumuliranih u strukturi tranzistora događa se kroz pasivni element - vanjski otpornik. Njegov otpor, koji zaobilazi kontrolnu tranziciju ne samo kada je isključen, već i tokom intervala uključivanja, ne može se odabrati premali, što ograničava brzinu disipacije naboja.

Da biste povećali brzinu tranzistora i stvorili visokofrekventne prekidače, potrebno je smanjiti otpor kruga pražnjenja. Ovo se radi pomoću tranzistora za resetovanje koji se uključuje samo tokom intervala pauze. Odgovarajuća upravljačka kola za bipolarne i MOS tranzistore prikazana su na slici 2.17.

Trenutno se MOSFET i IGBT tranzistori uglavnom koriste kao prekidači za napajanje velike i srednje snage. Ako ove tranzistore smatramo opterećenjem za njihov upravljački krug, onda su to kondenzatori kapaciteta hiljada pikofarada. Da bi se tranzistor otvorio, ovaj kapacitet se mora napuniti, a kada se zatvori, mora se isprazniti, i to što je brže moguće. To treba učiniti ne samo kako bi vaš tranzistor imao vremena za rad na visokim frekvencijama. Što je veći napon gejta tranzistora, manji je otpor kanala MOSFET-a ili je niži napon zasićenja kolektor-emiter IGBT-a. Granična vrijednost napona otvaranja tranzistora je obično 2-4 volta, a maksimum pri kojem je tranzistor potpuno otvoren je 10-15 volti. Stoga treba primijeniti napon od 10-15 volti. Ali čak i u ovom slučaju, kapacitivnost kapije se ne puni odmah, i neko vrijeme tranzistor radi u nelinearnom dijelu svoje karakteristike s velikim otporom kanala, što dovodi do velikog pada napona na tranzistoru i njegovog prekomjernog zagrijavanja. Ovo je takozvana manifestacija Millerovog efekta.

Da bi se kapacitivnost kapije brzo napunila i tranzistor otvorio, potrebno je da vaš upravljački krug može osigurati što je moguće veću struju punjenja tranzistoru. Kapacitet kapije tranzistora može se pronaći iz pasoških podataka za proizvod, a prilikom izračunavanja treba uzeti Svh = Siss.

Na primjer, uzmite MOSFET - tranzistor IRF740. Ima sledeće karakteristike koje nas zanimaju:

Vrijeme otvaranja (vrijeme uspona - Tr) = 27 (ns)

Vrijeme zatvaranja (Vrijeme pada - Tf) = 24 (ns)

Ulazni kapacitet (ulazni kapacitet - Siss) = 1400 (pF)

Maksimalna struja otvaranja tranzistora se izračunava na sljedeći način:

Maksimalna struja zatvaranja tranzistora određuje se prema istom principu:

Budući da obično koristimo 12 volti za napajanje upravljačkog kruga, odredit ćemo otpornik koji ograničava struju koristeći Ohmov zakon.

Odnosno, otpornik Rg = 20 Ohm, prema standardnoj seriji E24.

Imajte na umu da takav tranzistor neće biti moguće upravljati direktno iz kontrolera, uvest ću činjenicu da će maksimalni napon koji kontroler može pružiti biti unutar 5 volti, a maksimalna struja unutar 50 mA. Izlaz kontrolera će biti preopterećen, a na tranzistoru će se pojaviti Millerov efekat, a vaše kolo će vrlo brzo otkazati, jer se neko, bilo kontroler ili tranzistor, pregrije ranije.
Stoga je neophodno odabrati pravi vozač.
Drajver je impulsno pojačalo snage i dizajniran je za kontrolu prekidača napajanja. Drajveri dolaze u gornjem i donjem tasteru odvojeno, ili kombinovani u jedan paket u drajveru za gornji i donji taster, na primer, kao što su IR2110 ili IR2113.
Na osnovu gore navedenih informacija, moramo odabrati drajver koji može podržati struju gejta tranzistora Ig = 622 mA.
Dakle, IR2011 drajver sposoban da podrži struju gejta Ig = 1000 mA je pogodan za nas.

Također je potrebno uzeti u obzir maksimalni napon opterećenja koji će ključevi prebaciti. U ovom slučaju, to je jednako 200 volti.
Sljedeći vrlo važan parametar je brzina zatvaranja. Ovo eliminira protok prolaznih struja u push-pull krugovima prikazanim na donjoj slici, uzrokujući gubitke i pregrijavanje.

Ako pažljivo pročitate početak članka, tada se prema podacima iz pasoša tranzistora može vidjeti da bi vrijeme zatvaranja trebalo biti manje od vremena otvaranja i, shodno tome, struja blokiranja je veća od struje otvaranja If> Ir . Moguće je osigurati veću struju zatvaranja smanjenjem otpora Rg, ali tada će se i struja otvaranja povećati, što će utjecati na veličinu sklopnog udarnog napona pri isključivanju, ovisno o brzini opadanja struje di/dt. Sa ove tačke gledišta, povećanje brzine prebacivanja je u većoj meri negativan faktor koji smanjuje pouzdanost uređaja.

U ovom slučaju ćemo iskoristiti izvanredno svojstvo poluvodiča, proći struju u jednom smjeru i ugraditi diodu u kolo gejta koja će proći struju blokiranja tranzistora If.

Dakle, struja otključavanja Ir će teći kroz otpornik R1, a struja otključavanja If - kroz diodu VD1, a pošto je otpor p - n spoja diode mnogo manji od otpora otpornika R1, onda ako > Ir. Kako struja blokiranja ne bi prešla svoju vrijednost, serijski s diodom povezujemo otpornik, čiji se otpor određuje zanemarivanjem otpora diode u otvorenom stanju.

Uzmimo najbliži manji od standardne serije E24 R2 = 16 oma.

Pogledajmo sada šta znače nazivi drajvera visokog ključa i drajvera niskog ključa.
Poznato je da su MOSFET-ovi i IGBT-ovi kontrolirani naponom, odnosno napon-izvor Ugs.
Šta su gornji i donji tasteri? Na slici ispod prikazano je polumostno kolo. Ovo kolo sadrži gornji i donji taster, VT1 i VT2, respektivno. Gornji ključ VT1 povezan je odvodom na pozitivno napajanje Vcc, a izvorom sa opterećenjem i mora se otvoriti naponom primijenjenim u odnosu na izvor. Donji ključ je, uz odvod, povezan sa opterećenjem, a izvorom sa napajanjem minus (uzemljenje) i mora se otvoriti naponom primenjenim u odnosu na masu.

A ako je s donjim ključem sve vrlo jasno, primijenjeno 12 volti na njega - otvorilo se, primijenilo 0 volti na njega - zatvorilo se, tada je za gornji ključ potreban poseban krug koji će ga otvoriti u odnosu na napon na izvoru tranzistora. Ova šema je već implementirana unutar drajvera. Sve što trebamo je da u drajver dodamo pojačani kondenzator C2, koji će biti napunjen naponom napajanja drajvera, ali u odnosu na izvor tranzistora, kao što je prikazano na slici ispod. Sa ovim naponom će se gornji ključ otključati.

Ova shema je prilično efikasna, ali korištenje kapaciteta pojačanja omogućava joj rad u uskim rasponima. Ovaj kapacitet se puni kada je donji tranzistor otvoren i ne može biti prevelik ako kolo radi na visokim frekvencijama, niti može biti premali kada radi na niskim frekvencijama. Odnosno, s ovim dizajnom ne možemo držati gornji ključ beskonačno otvorenim, on će se zatvoriti odmah nakon što se kondenzator C2 isprazni, ali ako koristite veći kapacitet, onda možda neće imati vremena da se napuni do sljedećeg perioda rada tranzistor.
S ovim problemom smo se susreli više puta, a vrlo često smo morali eksperimentirati sa odabirom kapaciteta pojačanja prilikom promjene frekvencije prebacivanja ili algoritma kola. Problem je s vremenom riješen i to vrlo jednostavno, na najpouzdaniji i "skoro" jeftin način. Proučavajući tehničku referencu za DMC1500, zanimala nas je namjena P8 konektora.

Nakon pažljivog čitanja priručnika i dobrog razumijevanja kruga cijelog pogona, pokazalo se da se radi o konektoru za spajanje zasebnog, galvanski izoliranog napajanja. Minus napajanja spajamo na izvor gornjeg ključa, a plus na ulaz Vb drajvera i pozitivnu nogu kapaciteta pojačanja. Dakle, kondenzator se stalno puni, zbog čega je moguće držati gornji ključ otvoren koliko god je potrebno, bez obzira na stanje donjeg ključa. Ovaj dodatak šemi omogućava implementaciju bilo kog algoritma za prebacivanje ključa.
Kao izvor napajanja za punjenje pojačanog kapaciteta, možete koristiti ili konvencionalni transformator s ispravljačem i filterom ili DC-DC pretvarač.

"ZVS Driver" (Zero Voltage Switching) je vrlo jednostavan i stoga prilično uobičajen generator niskog napona. Sastavlja se prema jednostavnoj shemi, dok efikasnost ovog rješenja može doseći 90% i više. Za sastavljanje uređaja dovoljna je jedna prigušnica, par tranzistora sa efektom polja, četiri otpornika, dvije diode, dvije zener diode i radni oscilatorni krug sa središnjom točkom na zavojnici. Možete i bez srednje tačke, a o tome ćemo dalje.

Mnoge implementacije ovog kola mogu se naći na mreži, uključujući indukcijske grijače, indukcijske grijaće ploče, visokonaponske transformatore i jednostavno visokofrekventne naponske pretvarače. Kolo liči na Royerov generator, ali nije. Pogledajmo kako ovaj sklop radi.

Kada se struja dovede u kolo, struja počinje teći do odvoda oba tranzistora s efektom polja, istovremeno se kapaciteti kapija pune kroz otpornike. Budući da tranzistori sa efektom polja nisu potpuno isti, jedan od njih (na primjer, Q1) se brže otvara i počinje provoditi struju, dok se kapija drugog tranzistora Q2 prazni kroz diodu D2, koja se tako drži sigurno zatvorena.

Budući da je u kolo uključeno oscilatorno kolo, napon na drenažu zatvorenog tranzistora s efektom polja Q2 prvo raste, ali zatim opada, prolazeći kroz nulu, u ovom trenutku se kapija tranzistora otvorenog polja Q1 brzo prazni. , a prvi otvoreni tranzistor Q1 je sada zaključan, a pošto je sada zaključan, onda njegov drain više nije nula, i kapija drugog tranzistora Q2 se brzo puni kroz otpornik, a drugi tranzistor Q2 se sada otvara, dok pražnjenje kapije tranzistora Q1 kroz diodu D1.

Nakon pola perioda, sve se ponavlja upravo suprotno - drugi tranzistor će se zatvoriti, a prvi će se otvoriti itd. Na taj način u kolu će nastati sinusoidne autooscilacije. Prigušnica L1 ograničava struju napajanja i izglađuje male prenapone.

Lako je vidjeti da se zaključavanje oba tranzistora s efektom polja događa pri nultom naponu na njihovim drenovima, kada je struja u zavojnici petlje maksimalna, što znači da su komutacijski gubici minimizirani, pa čak i sa snagom uređaja od 1 kW ( na primjer), ključevima su potrebni samo mali radijatori. To objašnjava veliku popularnost ove sheme.

Frekvencija samooscilovanja može se lako izračunati pomoću formule f = 1 / (2π * √ [L * C]), budući da induktivnost primarnog namota (ako se koristi transformatorska veza) i kapacitivnost kondenzatora čine kola sa prirodnom rezonantnom frekvencijom. Važno je zapamtiti da će amplituda oscilacija biti približno 3,14 (Pi) puta veća od napona napajanja.

Tipične komponente koje se koriste za sklapanje su: otpornici od 5 vati od 470 oma za ograničavanje struje koja puni kapije; dva otpornika po 10 kOhm, za povlačenje kapija na minus; Zener diode za 12, 15 ili 18 volti, za zaštitu kapija od prekoračenja dozvoljenog napona; i UF4007 diode za pražnjenje kapija kroz suprotne krakove kola.

IRFP250 i IRFP260 FET-ovi su veoma pogodni za ovaj ZVS drajver. Naravno, ako je potrebno dodatno hlađenje, tada se svaki tranzistor mora instalirati na poseban radijator, jer tranzistori ne rade istovremeno. Ako postoji samo jedan radijator, onda je neophodno koristiti izolacijske podloge. Snaga kola ne bi trebala prelaziti 36 volti zbog normalnih granica kapije.

Ako je kolo bez sredine, onda jednostavno stavljaju dva prigušivača umjesto jednog, na svako rame, a način rada ostaje isti, kao i kod jednog čoka.

U međuvremenu, proizvodi bazirani na ovom samooscilirajućem ZVS kolu već su se pojavili na Aliexpressu, i sa jednim prigušivačem i sa dva. Verzija s dvostrukim prigušnicama je posebno korisna kao rezonantno napajanje za induktore grijanja bez središnje točke.

Drajver je pojačalo snage i dizajniran je za direktnu kontrolu prekidača za napajanje (ponekad prekidača) 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 sledeće zahteve:

MIS tranzistori i IGBT su naponski kontrolisani uređaji, međutim, da bi se povećao ulazni napon na optimalan nivo (12-15 V), potrebno je obezbediti odgovarajuće punjenje u krugu gejta.

Da bi se ograničila brzina porasta struje i smanjio dinamički šum, serijski otpori se moraju koristiti u krugu kapije.

Upravljački programi za upravljanje složenim pretvaračkim krugovima sadrže veliki broj elemenata, stoga se izdaju u obliku integriranih kola. Ova mikro kola, pored pojačala snage, sadrže i kola za konverziju nivoa, pomoćnu logiku, kola za kašnjenje za formiranje "mrtvog" vremena, kao i niz zaštita, na primer od prekomerne struje i kratkog spoja, podnapona i brojnih drugih. Mnoge firme proizvode širok spektar funkcija: drajvere za donji ključ mosnog kola, drajvere za gornji taster mosnog kola, drajvere za gornje i donje tastere sa nezavisnom kontrolom svakog od njih, drajvere polumosta, koji često imaju samo jedan kontrolni ulaz i mogu se koristiti za simetrični upravljački zakon, drajvere za kontrolu svih tranzistora u krugu mosta.

Tipična šema za uključivanje drajvera gornjeg i donjeg ključa iz International Rectifier IR2110 sa principom bootstrap napajanja prikazana je na slici 3.1, a. Oba ključa se upravljaju nezavisno. Razlika između ovog drajvera i ostalih je u tome što je u IR2110 uvedeno dodatno kolo za konverziju nivoa u IR2110 iu donjem iu gornjem kanalu, što omogućava razdvajanje napajanja logike mikrokola od napona napajanja drajvera po nivou. Takođe sadrži zaštitu od podnapona za vozača i visokonaponski plutajući izvor.

Kondenzatori C D, C C su dizajnirani da potiskuju visokofrekventnu buku u strujnim krugovima logike i drajvera. 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 visokonaponsko "plutajuće" napajanje dizajnirano za kontrolu gornjeg tranzistora VT1 stalka mosta. Kada donji tranzistor VT2 provodi struju, izvor gornjeg tranzistora VT1 je spojen na zajedničku strujnu žicu, dioda VD1 se otvara i kondenzator C1 se puni na napon U C1 = U PIT - U VD1. Naprotiv, kada donji tranzistor pređe u zatvoreno stanje, a gornji tranzistor VT2 počne da se otvara, dioda VD1 je poduprta 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 kola i žice napajanja (točka 1).

Kada koristite drajver IR2110 sa bootstrap napajanjem, posebnu pažnju treba obratiti na izbor visokonaponskih "plutajućih" elemenata izvora. VD1 dioda mora izdržati veliki obrnuti napon (ovisno o napajanju kruga), dopuštena struja naprijed je približno 1 A, vrijeme oporavka t rr = 10-100 ns, odnosno mora biti brzo. Literatura preporučuje diodu SF28 (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 - brze" klase...

Kolo drajvera je dizajnirano na takav način da visoki logički nivo signala na bilo kom ulazu HIN i ​​LIN odgovara istom nivou na njegovom izlazu HO i LO (vidi sliku 3.1 b, infazni drajver). Pojava visokog logičkog signala na SD ulazu dovodi do blokiranja tranzistora mosta.

Preporučljivo je koristiti ovaj mikro krug za upravljanje ključevima pretvarača s PWM-regulacijom izlaznog napona. Treba imati na umu da je potrebno obezbijediti vremenska kašnjenja ("mrtvo" vrijeme) u upravljačkom sistemu kako bi se spriječile prolazne struje prilikom prebacivanja mosnih tranzistora (VT1, VT2 i VT3, VT4, sl. 1.1).

Kapacitet C1 je bootstrap 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 napona drajvera (za drajvere od 500-600 - 5 nK volti);

V P- napon napajanja pogonskog kola;

- pad napona na bootstrap diodi VD1;

T- period promjene moćnih tipki.

Slika 3.1. Tipično kolo za uključivanje drajvera IR2110 (a) i vremenski dijagrami njegovih signala na ulazima i izlazima (b)

V DD - napajanje logike mikrokola;

V SS - zajednička tačka logičkog dela drajvera;

HIN, LIN - logički ulazni signali koji kontrolišu gornji i donji tranzistori;

SD - logički ulaz za onemogućavanje drajvera;

V CC - napon napajanja drajvera;

COM - negativni pol V CC napajanja;

HO, LO - izlazni signali drajvera koji kontrolišu gornji i donji tranzistor, respektivno;

V B - napon napajanja visokonaponskog "plutajućeg" izvora;

V S je zajednička tačka negativnog pola visokonaponskog "plutajućeg" izvora.

Dobivena vrijednost bootstrap kapaciteta mora se povećati za 10-15 puta (obično C unutar 0,1-1 μF). To 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, zaobilazeći ove otpornike, smanjuju vrijeme isključivanja na minimalne vrijednosti. Otpornici R 1, R 2 su mali (do 0,5 Ohma) i izjednačavaju širenje omskih otpora duž zajedničke kontrolne magistrale (obavezno ako je snažan prekidač paralelna veza manje snažnih tranzistora).

Prilikom odabira drajvera za moćne tranzistore, morate uzeti 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. Pokretači sa galvanskom izolacijom transformatora nisu prikladni za neuravnoteženi zakon.

Moćni ključni parametri (I to ili I drain).

Obično se koristi približan pristup:

I out dr max = 2 A može kontrolisati snažan VT sa strujom do 50 A;

I out dr max = 3 A - za upravljanje moćnim 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 odabirom drajvera gubi svoje glavne prednosti.

Računovodstvo dodatnih funkcija.

Firme izdaju drajvere s brojnim servisnim funkcijama:

Različite moćne zaštite ključeva;

Zaštita od podnapona napajanja vozača;

Sa ugrađenim bootstrap diodama;

Sa podesivim i neregulisanim vremenom kašnjenja za uključivanje snažnog VT-a u odnosu na trenutak kada je drugi isključen (borba kroz struje u polumostu);

Sa ugrađenom ili nedostajućom galvanskom izolacijom. U potonjem slučaju, galvanski izolacijski mikro krug (najčešće visokofrekventni diodni optospojnik) mora biti spojen na ulaz drajvera;

Infazni ili antifazni;

Napajanje drajvera (potrebno je bootstrap napajanje ili tri galvanski izolirana izvora napajanja).

Uz ekvivalentnost nekoliko vrsta drajvera, prednost treba dati onima koji prebacuju struju kapije moćnih tranzistora koristeći bipolarni VT. Ako ovu funkciju obavljaju tranzistori s efektom polja, tada može doći do kvarova u radu drajvera pod određenim okolnostima (preopterećenja) zbog efekta okidača "zatvaranja".

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, kada je VT zatvoren, zaobilaze otpornike 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 asimetrične u izlazu struja 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 kapije R G 1 i R G 2.

,
.

gdje su sve vrijednosti u formulama referentni podaci određenog drajvera.

Za simetričan (u strujama) drajver, jednakost je tačna

.

Dakle, da bi se spriječila pojava prolaznih struja, potrebno je odabrati ukupnu vrijednost otpora u krugu kapije (zbog
, i, shodno tome, podešavanjem struje punjenja kapacitivnosti kapije VT), kašnjenje uključivanja
tranzistor je veći ili jednak vremenu potrebnom za zatvaranje VT

gdje
- vrijeme opadanja struje odvoda (referentna vrijednost);

- vrijeme kašnjenja početka gašenja VT-a u odnosu na trenutak kada se na gejtu primjenjuje napon blokiranja, ovisno o vrijednosti struje pražnjenja gejta (prema tome zavisi od ukupnog otpora u krugu kapije). Kod shunt gate dioda (VD G 1, VD G 2, slika 3.1), struja pražnjenja je jedinstveno određena otporom
... Stoga, utvrditi
odlučiti o sljedećoj proporciji

(utakmice) -

(utakmice) -

Ako je ispravljena vrijednost
biće za red veličine više
, onda to ukazuje na pogrešan izbor tipa drajvera u smislu snage (veliki
) i to ispravlja performanse moćnih tipki na gore. Za konačno određivanje vrijednosti
možete koristiti tehničke referentne podatke moćnog VT-a. Za to se sastavlja proporcija

(utakmice) -

(utakmice) -

(Ako rješenje daje vrijednost R G 1 sa negativnim predznakom, tada će kašnjenje uključivanja biti osigurano s 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 potreban drajver polumosta (ako odgovara drugim parametrima), za koji je vrijeme kašnjenja podesivo u rasponu od 0,4 ... 5 μs (na primjer, IR drajveri tipa IR2184 ili IR21844), ako je njihovo kašnjenje veće ili jednako t off.

U zaključku, vrijedno je napomenuti da tvrtke, umjesto starih modifikacija drajvera, izdaju nove tipove koji su kompatibilni sa starim, ali mogu imati dodatne servisne funkcije (obično ugrađene bootstrap diode, odnosno bootstrap tranzistori 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 (postoji dvosmislen unos u različitim priručnicima).