"درایور ZVS" (سوئیچینگ ولتاژ صفر) یک ژنراتور ولتاژ پایین بسیار ساده و بسیار رایج است. طبق یک طرح ساده مونتاژ می شود، در حالی که کارایی دارد این تصمیممی تواند به 90 درصد و بالاتر برسد. برای مونتاژ دستگاه، یک سلف، یک جفت ترانزیستور اثر میدانی، چهار مقاومت، دو دیود، دو دیود زنر و یک مدار نوسانی کار با یک نقطه میانی روی سیم پیچ کافی است. شما می توانید بدون نقطه میانی انجام دهید، و ما بعداً در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

می توانید پیاده سازی های زیادی از این مدار را در شبکه بیابید، از جمله بخاری های القایی، اجاق های القایی، ترانسفورماتورهای فشار قوی و ... مبدل های فرکانس بالاولتاژ. مدار شبیه یک ژنراتور رویر است، اما یکی نیست. بیایید به نحوه عملکرد این طرح نگاه کنیم.

هنگامی که برق به مدار اعمال می شود، جریان شروع به جریان به تخلیه هر دو ترانزیستور اثر میدانی می کند، در همان زمان ظرفیت های گیت از طریق مقاومت ها شارژ می شود. از آنجایی که ترانزیستورهای اثر میدان کاملاً یکسان نیستند، یکی از آنها (به عنوان مثال Q1) سریعتر باز می شود و شروع به هدایت جریان می کند، در حالی که دروازه ترانزیستور دیگر Q2 از طریق دیود D2 تخلیه می شود، که بنابراین به طور ایمن بسته می شود.

از آنجایی که این طرح شامل مدار نوسانی، ولتاژ در تخلیه ترانزیستور اثر میدان بسته Q2 ابتدا افزایش می یابد، اما سپس کاهش می یابد و از صفر عبور می کند، در این لحظه دروازه ترانزیستور اثر میدان باز Q1 به سرعت تخلیه می شود، و اول باز کنترانزیستور Q1 اکنون خاموش است و از آنجایی که اکنون قفل است، تخلیه آن دیگر صفر نیست و دروازه ترانزیستور دوم Q2 به سرعت از طریق مقاومت شارژ می شود و ترانزیستور دوم Q2 اکنون باز می شود، در حالی که دریچه تخلیه می شود. ترانزیستور Q1 از طریق دیود D1.

بعد از نیم دوره، همه چیز دقیقاً برعکس تکرار می شود - ترانزیستور دوم بسته می شود و اولی باز می شود و غیره. به این ترتیب، خود نوسانات سینوسی در مدار ظاهر می شود. Choke L1 جریان تغذیه را محدود می کند و نوسانات سوئیچینگ کوچک را هموار می کند.

به راحتی می توان متوجه شد که هر دو ترانزیستور اثر میدانی خاموش می شوند ولتاژ صفردر تخلیه آنها، زمانی که جریان در سیم پیچ حلقه حداکثر است، به این معنی که تلفات سوئیچینگ به حداقل می رسد، و حتی با قدرت دستگاه 1 کیلو وات (به عنوان مثال، برای)، کلیدها فقط به رادیاتورهای کوچک نیاز دارند. این امر محبوبیت زیاد این طرح را توضیح می دهد.

فرکانس خود نوسانات را می توان به راحتی با استفاده از فرمول f = 1/(2π*√[L*C]) محاسبه کرد، زیرا اندوکتانس سیم پیچ اولیه (در صورت استفاده از اتصال ترانسفورماتور) و ظرفیت خازن شکل می گیرد. مداری که فرکانس تشدید خود را دارد. مهم است که به یاد داشته باشید که دامنه نوسانات تقریباً 3.14 (Pi) برابر بیشتر از ولتاژ تغذیه خواهد بود.

اینجا اجزای معمولیکه برای مونتاژ استفاده می شود: مقاومت های پنج وات 470 اهم برای محدود کردن جریان شارژ دروازه ها. دو مقاومت 10 کیلو اهم برای کشیدن دروازه ها به منفی. دیودهای زنر با ولتاژ 12، 15 یا 18 ولت، به منظور محافظت از گیت ها از بیش از حد مجاز ولتاژ. و دیودهای UF4007 برای تخلیه دروازه ها از طریق بازوهای مخالف مدار.

ترانزیستورهای اثر میدانی IRFP250 و IRFP260 برای این درایور ZVS مناسب هستند. البته در صورت لزوم خنک کننده اضافی، سپس هر ترانزیستور باید روی یک رادیاتور جداگانه نصب شود، زیرا ترانزیستورها به طور همزمان کار نمی کنند. اگر فقط یک رادیاتور وجود دارد، استفاده از بسترهای عایق الزامی است. منبع تغذیه مدار به دلیل محدودیت های گیت معمولی نباید از 36 ولت تجاوز کند.

اگر مدار نقطه میانی ندارد، به سادگی به جای یک چوک روی هر بازو، دو چوک نصب کنید، و حالت عملکرد دقیقاً مانند یک دریچه گاز یکسان می‌ماند.

در همین حال، محصولات مبتنی بر این مدار خود نوسانی ZVS قبلا در Aliexpress ظاهر شده اند، هم با یک چوک و هم با دو. نوع با دو چوک مخصوصاً به عنوان منبع تغذیه رزونانسی برای سلف های گرمایش بدون نقطه میانی مناسب است.

ترانزیستورهای جلوه میدان قدرتمند MOSFET برای همه خوب هستند، به جز یک تفاوت کوچک - اغلب غیرممکن است که آنها را مستقیماً به پین ​​های میکروکنترلر متصل کنید.

این اولاً به این دلیل است که جریان های مجازبرای پین های میکروکنترلر به ندرت بیش از 20 میلی آمپر است و برای خیلی سوئیچینگ سریعماسفت ها (با جلوهای خوب)، زمانی که شما نیاز دارید که گیت را خیلی سریع شارژ یا تخلیه کنید (که همیشه مقداری ظرفیت دارد)، به جریان هایی نیاز دارند که یک مرتبه بزرگتر هستند.

و ثانیاً منبع تغذیه کنترلر معمولاً 3 یا 5 ولت است که در اصل کنترل مستقیم را فقط توسط گروه کوچکی از کارگران میدانی (که سطح منطق نامیده می شوند - با سطح منطقیمدیریت). و با توجه به اینکه معمولاً منبع تغذیه کنترلر و منبع تغذیه بقیه مدار دارای یک سیم منفی مشترک هستند، این کلاس منحصراً به دستگاه‌های میدان «سطح منطقی» کانال N کاهش می‌یابد.

یکی از راه حل ها در این شرایط استفاده از ریزمدارهای ویژه - درایورهایی است که دقیقاً برای کشیدن جریان های بزرگ از دروازه های میدان طراحی شده اند. با این حال، این گزینه بدون اشکال نیست. اولا، درایورها همیشه در فروشگاه ها موجود نیستند و ثانیاً بسیار گران هستند.

در این راستا، ایده ساخت یک درایور ساده، کم‌هزینه و شل بود که می‌توان از آن برای کنترل دستگاه‌های میدان N و کانال P در هر مدار ولتاژ پایین، مثلاً تا 20 ولت، استفاده کرد. خب، خوشبختانه. من، مانند یک معتاد واقعی رادیو، پر از انواع آشغال های الکترونیکی هستم، بنابراین پس از یک سری آزمایش، این طرح متولد شد:

1. R 1 = 2.2 کیلو اهم، R 2 = 100 اهم، R 3 = 1.5 کیلو اهم، R 4 = 47 اهم
2. D 1 - دیود 1N4148 (بشکه شیشه ای)
3. T 1، T 2، T 3 - ترانزیستور KST2222A (SOT-23، علامت گذاری 1P)
4. T 4 - ترانزیستور BC807 (SOT-23، علامت گذاری 5C)

ظرفیت بین Vcc و Out نماد اتصال یک سوئیچ میدان P-channel، ظرفیت بین Out و Gnd نماد اتصال یک سوئیچ فیلد N-channel (خازن گیت این کلیدهای فیلد) است.

خط نقطه چین مدار را به دو مرحله (I و II) تقسیم می کند. در این حالت مرحله اول به عنوان تقویت کننده قدرت و مرحله دوم به عنوان تقویت کننده جریان عمل می کند. عملکرد مدار به طور کامل در زیر توضیح داده شده است.

بنابراین. اگر ورودی In ظاهر شود سطح بالاسیگنال، سپس ترانزیستور T1 باز می شود، ترانزیستور T2 بسته می شود (زیرا پتانسیل در پایه آن به زیر پتانسیل امیتر می رسد). در نتیجه ترانزیستور T3 بسته می شود و ترانزیستور T4 باز می شود و از طریق آن ظرفیت گیت سوئیچ فیلد متصل دوباره شارژ می شود. (جریان پایه ترانزیستور T4 در مسیر E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd جریان دارد).

اگر سطح سیگنال پایین در ورودی ظاهر شود، همه چیز برعکس اتفاق می افتد - ترانزیستور T1 بسته می شود، در نتیجه پتانسیل پایه ترانزیستور T2 افزایش می یابد و باز می شود. این به نوبه خود باعث روشن شدن ترانزیستور T3 و خاموش شدن ترانزیستور T4 می شود. ظرفیت گیت سوئیچ میدان متصل از طریق ترانزیستور باز T3 شارژ می شود. (جریان پایه ترانزیستور T3 در امتداد مسیر Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3 جریان دارد).

این اساساً کل توضیحات است، اما برخی از نکات احتمالاً نیاز به توضیح بیشتری دارند.

ابتدا ترانزیستور T2 و دیود D1 در مرحله اول چیست؟ اینجا همه چیز خیلی ساده است. بی جهت نیست که در بالا مسیرهای جریان پایه ترانزیستورهای خروجی را نوشتم ایالت های مختلفطرح. دوباره به آنها نگاه کنید و تصور کنید اگر ترانزیستور T2 با مهار وجود نداشت چه اتفاقی می افتاد. در این حالت، ترانزیستور T4 با جریان بزرگی (منظور جریان پایه ترانزیستور) که از خروجی از طریق T1 و R2 باز می‌گذرد، باز می‌شود و ترانزیستور T3 با جریان کوچکی که از مقاومت R3 می‌گذرد باز می‌شود. این منجر به لبه جلویی بسیار طولانی پالس های خروجی می شود.

خوب، ثانیا، احتمالاً بسیاری علاقه مند خواهند شد که چرا مقاومت های R2 و R4 مورد نیاز است. من آنها را به برق وصل کردم تا حداقل مقدار جریان اوج را از طریق پایه های ترانزیستورهای خروجی محدود کنم و همچنین در نهایت لبه های جلویی و انتهایی پالس ها را یکسان کنم.

دستگاه مونتاژ شده به شکل زیر است:

چیدمان درایور برای قطعات SMD و به گونه ای ساخته شده است که به راحتی به برد اصلی دستگاه (در حالت عمودی) متصل می شود. یعنی روی برد اصلی می توانیم یک نیم پل یا چیز دیگری نصب کنیم و تنها چیزی که باقی می ماند این است که آن را به صورت عمودی به این برد وصل کنیم. در مکان های مناسبتابلوهای راننده

سیم کشی ویژگی های خاصی دارد. برای کاهش چشمگیر اندازه برد، مجبور شدیم ترانزیستور T4 را "کمی نادرست" هدایت کنیم. قبل از لحیم کردن آن به تخته، باید آن را رو به پایین بچرخانید (مشخص شده) و پاها را به داخل خم کنید. سمت معکوس(به هیئت مدیره).

همانطور که می بینید، مدت زمان جلوها عملاً مستقل از سطح ولتاژ تغذیه است و کمی بیشتر از 100 ns است. به نظر من، برای چنین طراحی بودجه ای بسیار خوب است.

درایورهای FET

درایورهای ترانزیستور MOSFET و IGBT - دستگاه هایی برای کنترل قدرتمند دستگاه های نیمه هادیدر مراحل خروجی مبدل ها انرژی الکتریکی. آنها به عنوان یک پیوند میانی بین استفاده می شوند مدار کنترل(کنترل کننده یا پردازنده سیگنال دیجیتال) و محرک های قدرتمند.

مراحل توسعه الکترونیک انرژی (قدرت) با پیشرفت در فن آوری سوئیچ های قدرت و مدارهای کنترل آنها تعیین می شود. جهت غالب در الکترونیک قدرت افزایش فرکانس های کاری مبدل هایی است که بخشی از منابع تغذیه سوئیچینگ هستند. تبدیل برق به بیشتر فرکانس های بالابه شما امکان می دهد تا ویژگی های وزن و اندازه خاص ترانسفورماتورهای پالس، خازن ها و چوک های فیلتر را بهبود بخشید. پویا و پارامترهای استاتیکدستگاه های برق به طور مداوم در حال بهبود هستند، اما کلیدهای قدرتمند نیز باید به طور موثر کنترل شوند. درایورهای پرسرعت قدرتمند ترانزیستورهای MOSFET و IGBT برای تعامل متعادل بین مدار کنترل و مراحل خروجی طراحی شده اند. درایورها دارای جریان خروجی بالا (تا 9 A)، زمان خیز کوتاه، زمان سقوط، تاخیر و سایر موارد جالب هستند. ویژگی های متمایز کننده. طبقه بندی درایور در شکل 2.15 نشان داده شده است.

شکل 2.15 - طبقه بندی درایورها

راننده باید داشته باشد حداقل، یک خروجی خارجی(در مدارهای فشار کش دو عدد وجود دارد) که اجباری است. این می تواند به عنوان یک تقویت کننده پیش پالس یا به طور مستقیم عمل کند عنصر کلیدیبعنوان بخشی از منبع پالستغذیه.

به عنوان یک دستگاه کنترل شده در مدارهای قدرت برای اهداف مختلفمی توان از ترانزیستورهای دوقطبی، ترانزیستورهای MOS و دستگاه های نوع ماشه (تریستور، تریاک) استفاده کرد. الزامات برای عملکرد راننده کنترل بهینهدر هر یک از این موارد متفاوت است. درایور ترانزیستور دوقطبی باید جریان پایه را هنگام روشن شدن کنترل کند و از جذب حامل های اقلیت در پایه در مرحله خاموش شدن اطمینان حاصل کند. حداکثر مقادیرجریان های کنترل کمی با جریان های میانگین در بازه مربوطه متفاوت است. ترانزیستور MOS با ولتاژ کنترل می شود، اما در ابتدای بازه های روشن و خاموش، درایور باید مقدار زیادی از آن عبور کند. جریان های ضربه ایظرفیت های دستگاه شارژ و دشارژ دستگاه های نوع ماشه فقط در ابتدای بازه سوئیچینگ نیاز به تشکیل یک پالس جریان کوتاه دارند، زیرا خاموش شدن (سوئیچینگ) برای رایج ترین دستگاه ها در امتداد الکترودهای اصلی و نه کنترل رخ می دهد. تمام این الزامات باید تا حدی توسط رانندگان مربوطه برآورده شود.

شکل 2.16...2.18 مدارهای معمولی را برای اتصال ترانزیستورهای ماسفت دوقطبی و اثر میدانی با استفاده از یک ترانزیستور در درایور نشان می دهد. اینها به اصطلاح مدارهایی با خاموش شدن غیرفعال ترانزیستور قدرت هستند. همانطور که از شکل مشخص است، ساختار مدارهای درایور کاملاً یکسان است، که امکان استفاده از مدارهای یکسان برای کنترل ترانزیستورهای هر دو نوع را فراهم می کند. در این حالت، جذب حامل های انباشته شده در ساختار ترانزیستور از طریق یک عنصر غیرفعال - یک مقاومت خارجی اتفاق می افتد. مقاومت آن، که انتقال کنترل را نه تنها هنگام خاموش شدن، بلکه در طول بازه روشن شدن نیز متوقف می کند، نمی تواند خیلی کوچک انتخاب شود، که سرعت جذب بار را محدود می کند.

برای افزایش سرعت ترانزیستور و ایجاد کلیدهای فرکانس بالا، باید مقاومت مدار تنظیم مجدد شارژ را کاهش داد. این کار با استفاده از یک ترانزیستور تنظیم مجدد انجام می شود که فقط در بازه مکث روشن می شود. مدارهای کنترل مربوطه برای ترانزیستورهای دوقطبی و MOS در شکل 2.17 ارائه شده است.

شاید پس از خواندن این مقاله مجبور نباشید رادیاتورهایی با همان اندازه را روی ترانزیستورها نصب کنید.
ترجمه این مقاله.

پیام کوتاه مترجم:

اولا، در این ترجمهممکن است در ترجمه اصطلاحات مشکلات جدی وجود داشته باشد، من مهندسی برق و طراحی مدار را به اندازه کافی مطالعه نکرده ام، اما هنوز چیزی می دانم. من همچنین سعی کردم همه چیز را تا حد امکان واضح ترجمه کنم، بنابراین از مفاهیمی مانند بوت استرپ، ماسفت و غیره استفاده نکردم. ثانیاً، اگر املا اکنون دشوار است که اشتباه کنید (ستایش واژه پردازهاخطاها را نشان می دهد)، بنابراین اشتباه کردن در نقطه گذاری بسیار آسان است.
و در مورد این دو نکته از شما خواهش می کنم تا حد امکان در نظرات به من لگد بزنید.

حالا بیایید بیشتر در مورد موضوع مقاله صحبت کنیم - با همه مقالات مختلف در مورد ساخت انواع مختلف وسیله نقلیهنمای زمین (خودروها) در MK، در آردوینو، در<вставить название>، طراحی خود مدار، بسیار کمتر از مدار اتصال موتور، با جزئیات کافی توضیح داده نشده است. معمولاً اینگونه به نظر می رسد:
- موتور را بردار
- اجزا را بگیرید
- قطعات و موتور را به هم وصل کنید
- …
- سود!

اما برای ساختن بیشتر مدارهای پیچیدهبه جای چرخاندن یک موتور PWM در یک جهت از طریق L239x، معمولاً دانشی در مورد پل های کامل (یا پل های H)، ترانزیستورهای اثر میدانی (یا ماسفت ها) و خوب، درایورهای آنها لازم است. اگر چیزی آن را محدود نمی کند، می توانید از ترانزیستورهای کانال p و کانال n برای پل کامل استفاده کنید، اما اگر موتور به اندازه کافی قدرتمند باشد، ابتدا ترانزیستورهای کانال p باید وزن شوند. مقدار زیادرادیاتورها، سپس کولرها را اضافه کنید، اما اگر حیف است که آنها را دور بیندازید، می توانید انواع دیگر خنک کننده را امتحان کنید یا به سادگی از ترانزیستورهای کانال n در مدار استفاده کنید. اما یک مشکل کوچک در مورد ترانزیستورهای کانال n وجود دارد - گاهی اوقات باز کردن آنها "به روش دوستانه" می تواند بسیار دشوار باشد.

بنابراین به دنبال چیزی بودم که در ایجاد یک نمودار مناسب به من کمک کند و مقاله ای را در وبلاگ جوانی به نام سید تمهید محبوب پیدا کردم. تصمیم گرفتم این مقاله را به اشتراک بگذارم.

در بسیاری از موقعیت ها باید از FET ها به عنوان سوئیچ های سطح بالا استفاده کنیم. همچنین در بسیاری از موقعیت ها باید از ترانزیستورهای اثر میدانی به عنوان سوئیچ برای سطوح بالا و پایین استفاده کنیم. مثلا در مدارهای پل. در مدارهای پل جزئی 1 ماسفت سطح بالا و 1 ماسفت سطح پایین داریم. در مدارهای پل کامل 2 ماسفت سطح بالا و 2 ماسفت سطح پایین داریم. در چنین شرایطی، ما باید از درایورهای سطح بالا و پایین با هم استفاده کنیم. رایج ترین روش کنترل ترانزیستورهای اثر میدانیدر چنین مواردی استفاده از درایور کلید پایین تر و سطوح بالابرای ماسفت بدون شک محبوب ترین چیپ درایور IR2110 است. و در این مقاله/کتاب درسی دقیقاً در مورد آن صحبت خواهم کرد.

می توانید مستندات IR2110 را از وب سایت آی آر دانلود کنید. اینم لینک دانلود: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

بیایید ابتدا به بلوک دیاگرام و همچنین توضیحات و محل پین ها نگاهی بیندازیم:

شکل 1 - بلوک دیاگرام عملکردی IR2110

شکل 2 - پین اوت IR2110

شکل 3 - توضیحات پین های IR2110

همچنین لازم به ذکر است که IR2110 در دو بسته ارائه می شود - پایه 14 پین PDIP و پایه SOIC 16 پین.

حالا بیایید در مورد مخاطبین مختلف صحبت کنیم.

VCC منبع تغذیه سطح پایین است، باید بین 10 ولت و 20 ولت باشد. VDD منبع منطقی برای IR2110 است، باید بین +3V و +20V (نسبت به VSS) باشد. ولتاژ واقعی که انتخاب می کنید به سطح ولتاژ سیگنال های ورودی بستگی دارد. در اینجا نمودار است:

شکل 4 - وابستگی منطق 1 به توان

به طور معمول از VDD +5V استفاده می شود. وقتی VDD = +5V، آستانه ورودی منطق 1 کمی بالاتر از 3 ولت است. بنابراین، هنگامی که VDD = +5V، IR2110 می تواند برای کنترل بار استفاده شود، زمانی که ورودی "1" بالاتر از 3 (بعضی) ولت باشد. این بدان معنی است که IR2110 را می توان تقریباً برای همه مدارها استفاده کرد، زیرا اکثر مدارها معمولاً در حدود 5 ولت تغذیه می شوند. وقتی از میکروکنترلر استفاده می کنید، ولتاژ خروجیبالاتر از 4 ولت خواهد بود (پس از همه، میکروکنترلر اغلب VDD = +5V دارد). هنگام استفاده از یک کنترلر SG3525 یا TL494 یا دیگر کنترلرهای PWM، احتمالاً باید آنها را با ولتاژی بیشتر از 10 ولت تغذیه کنید، به این معنی که خروجی ها در منطق اول بیشتر از 8 ولت خواهند بود. بنابراین، IR2110 تقریباً در همه جا قابل استفاده است.

همچنین اگر از میکروکنترلر یا هر تراشه ای که خروجی 3.3 ولت دارد (مثلا dsPIC33) استفاده می کنید، می توانید VDD را به حدود 4 ولت کاهش دهید. هنگام طراحی مدارها با IR2110، متوجه شدم که گاهی اوقات زمانی که VDD IR2110 روی کمتر از +4 ولت تنظیم می شود، مدار به درستی کار نمی کند. بنابراین، من استفاده از VDD زیر +4V را توصیه نمی کنم. در اکثر مدارهای من سطوح سیگنال ولتاژ کمتر از 4 ولت به عنوان "1" ندارند و بنابراین از VDD = +5V استفاده می کنم.

اگر به دلایلی در مدار سطح سیگنال منطقی "1" ولتاژ کمتر از 3 ولت داشته باشد، باید از مبدل سطح / مترجم سطح استفاده کنید، ولتاژ را تا حد قابل قبولی افزایش می دهد. در چنین شرایطی، توصیه می‌کنم ولتاژ را به 4 یا 5 ولت افزایش دهید و از IR2110 VDD = +5V استفاده کنید.

حالا بیایید در مورد VSS و COM صحبت کنیم. VSS سرزمین منطق است. COM "بازگشت سطح پایین" است - اساساً زمین سطح پایین راننده. به نظر می رسد که آنها مستقل هستند، و ممکن است فکر کنیم که شاید بتوان خروجی های درایور و منطق سیگنال راننده را جدا کرد. با این حال، این اشتباه خواهد بود. اگرچه آنها به صورت داخلی کوپل نشده اند، IR2110 یک درایور غیر ایزوله است، به این معنی که VSS و COM هر دو باید به زمین متصل شوند.

HIN و LIN ورودی های منطقی هستند. سیگنال بالا در HIN به این معنی است که ما می خواهیم کلید high را کنترل کنیم، یعنی خروجی سطح بالا در HO انجام می شود. سیگنال کمبه HIN یعنی ما می خواهیم ماسفت سطح بالا را خاموش کنیم، یعنی HO خروجی سطح پایین است. خروجی به HO، زیاد یا کم، نسبت به زمین در نظر گرفته نمی شود، بلکه نسبت به VS در نظر گرفته می شود. به زودی خواهیم دید که چگونه مدارهای تقویت کننده (دیود + خازن) با استفاده از VCC، VB و VS، نیروی شناور را برای راه اندازی ماسفت فراهم می کنند. VS بازگشت توان شناور است. در سطح بالا، سطح HO برابر با سطح VB نسبت به VS است. در سطح پایین، سطح HO برابر با VS، نسبت به VS، به طور موثر صفر است.

سیگنال LIN بالا به این معنی است که ما می خواهیم سوئیچ پایین را کنترل کنیم، یعنی LO یک سطح بالا را خروجی می دهد. سیگنال LIN کم به این معنی است که ما می خواهیم ماسفت سطح پایین را خاموش کنیم، یعنی LO خروجی سطح پایین است. خروجی در LO نسبت به زمین در نظر گرفته می شود. هنگامی که سیگنال بالا است، سطح در LO مانند VCC، نسبت به VSS، به طور موثر زمین است. هنگامی که سیگنال پایین است، سطح در LO همان سطح در VSS، نسبت به VSS، به طور موثر صفر است.

SD به عنوان کنترل توقف استفاده می شود. وقتی سطح پایین است، IR2110 روشن است - عملکرد توقف غیرفعال است. هنگامی که این پین بالا است، خروجی ها خاموش می شوند و کنترل IR2110 غیرفعال می شود.
حال بیایید نگاهی به پیکربندی رایج با IR2110 بیندازیم تا ماسفت ها را به عنوان سوئیچ های بالا و پایین - مدارهای نیم پل هدایت کنند.

شکل 5 - مدار پایه روی IR2110 برای کنترل نیم پل

D1، C1 و C2 همراه با IR2110 مدار تقویت کننده را تشکیل می دهند. هنگامی که LIN = 1 و Q2 روشن است، C1 و C2 به سطح VB شارژ می شوند، زیرا یک دیود زیر +VCC قرار دارد. وقتی LIN = 0 و HIN = 1، شارژ C1 و C2 برای افزودن ولتاژ اضافی، VB به در این مورد، بالاتر از سطح منبع Q1 برای کنترل Q1 در پیکربندی سوئیچ بالا. یک ظرفیت به اندازه کافی بزرگ باید در C1 انتخاب شود تا برای تامین آن کافی باشد شارژ مورد نیازبرای Q1، به طوری که Q1 در تمام این مدت روشن است. C1 همچنین نباید ظرفیت خازنی زیادی داشته باشد، زیرا فرآیند شارژ زمان زیادی می برد و سطح ولتاژ به اندازه کافی برای روشن نگه داشتن ماسفت افزایش نمی یابد. هر چه زمان مورد نیاز در حالت روشن بیشتر باشد، ظرفیت مورد نیاز بیشتر است. بنابراین، فرکانس پایین تر به ظرفیت C1 بزرگتری نیاز دارد. ضریب پر شدن بالاتر به ظرفیت C1 بزرگتری نیاز دارد. البته فرمول هایی برای محاسبه ظرفیت وجود دارد، اما برای این کار باید پارامترهای زیادی را بدانید و ممکن است برخی از آنها را ندانیم، مثلاً جریان نشتی یک خازن. بنابراین من فقط ظرفیت تقریبی را تخمین زدم. برای فرکانس های پایین مانند 50 هرتز، من از ظرفیت 47uF تا 68uF استفاده می کنم. برای فرکانس‌های بالا مانند 30-50 کیلوهرتز، من از ظرفیت‌های خازنی از 4.7uF تا 22uF استفاده می‌کنم. از آنجایی که استفاده می کنیم خازن الکترولیتی، سپس باید به موازات این خازن از خازن سرامیکی استفاده کرد. خازن سرامیکیاگر خازن تقویت کننده تانتالیوم باشد، ضروری نیست.

D2 و D3 دروازه ماسفت ها را به سرعت تخلیه می کنند، مقاومت های گیت را دور می زنند و زمان خاموش شدن را کاهش می دهند. R1 و R2 مقاومت های گیت محدود کننده جریان هستند.

MOSV می تواند حداکثر 500 ولت باشد.

VCC باید از منبع بدون تداخل باشد. برای فیلتر کردن باید خازن های فیلتر و جداکننده از +VCC به زمین نصب کنید.

اکنون به چند نمونه مدار با IR2110 نگاه می کنیم.

شکل 6 - مدار با IR2110 برای نیم پل ولتاژ بالا

شکل 7 - مدار با IR2110 برای ولتاژ بالا پل کامل با به طور مستقل مدیریت می شودکلیدها (قابل کلیک)

در شکل 7 می بینیم که IR2110 برای کنترل یک پل کامل استفاده می شود. هیچ چیز پیچیده ای در مورد آن وجود ندارد و فکر می کنم شما قبلاً این را درک کرده اید. شما همچنین می توانید یک ساده سازی نسبتاً محبوب را در اینجا اعمال کنید: ما HIN1 را به LIN2 وصل می کنیم و HIN2 را به LIN1 وصل می کنیم، بنابراین کنترل هر 4 کلید را تنها با استفاده از 2 سیگنال ورودی به جای 4، در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 8 - طرح با IR2110 برای پل پر ولتاژ بالا با کنترل کلید با دو ورودی (قابل کلیک)

شکل 9 - مدار با IR2110 به عنوان یک درایور سطح بالا ولتاژ بالا

در شکل 9 ما شاهد استفاده از IR2110 به عنوان یک درایور سطح بالا هستیم. مدار بسیار ساده است و همان عملکردی را دارد که در بالا توضیح داده شد. یکی از مواردی که باید در نظر گرفته شود این است که از آنجایی که ما دیگر سوئیچ سطح پایین نداریم، باید باری از OUT به زمین متصل باشد. در غیر این صورت، خازن تقویت کننده قادر به شارژ نخواهد بود.

شکل 10 - مدار با IR2110 به عنوان یک درایور سطح پایین

شکل 11 - مدار با IR2110 به عنوان یک درایور سطح پایین دوگانه

اگر با IR2110 خود مشکل دارید و همه چیز مدام از کار می‌افتد، می‌سوزد یا منفجر می‌شود، مطمئناً به این دلیل است که از مقاومت‌های منبع گیت استفاده نمی‌کنید، البته با فرض اینکه آن را با دقت طراحی کرده‌اید. مقاومت های GATE-SOURCE را هرگز فراموش نکنید. اگر علاقه مند هستید، می توانید در مورد تجربه من با آنها در اینجا بخوانید (من همچنین دلیل جلوگیری از آسیب دیدن مقاومت ها را توضیح می دهم).

در حال حاضر ماسفت ها و ترانزیستورهای IGBT. اگر این ترانزیستورها را به عنوان باری برای مدار کنترل آنها در نظر بگیریم، خازن هایی با ظرفیت هزاران پیکو فاراد هستند. برای باز کردن ترانزیستور باید این ظرفیت شارژ شود و در هنگام بسته شدن باید در سریعترین زمان ممکن تخلیه شود. این کار نه تنها باید انجام شود تا ترانزیستور شما زمان داشته باشد تا در فرکانس های بالا کار کند. هرچه ولتاژ گیت ترانزیستور بیشتر باشد، مقاومت کانال برای ماسفت ها کمتر یا ولتاژ اشباع کلکتور-امیتر برای ترانزیستورهای IGBT کمتر است. ولتاژ آستانه برای باز کردن ترانزیستورها معمولاً 2-4 ولت است و حداکثر ولتاژی که ترانزیستور در آن کاملاً باز است 10-15 ولت است. بنابراین باید ولتاژ 10-15 ولت اعمال شود. اما حتی در این حالت، ظرفیت گیت بلافاصله شارژ نمی شود و برای مدتی ترانزیستور در قسمت غیر خطی مشخصه خود با مقاومت کانال بالا کار می کند که منجر به افت ولتاژ زیاد در ترانزیستور و گرم شدن بیش از حد آن می شود. این به اصطلاح تجلی اثر میلر است.

برای اینکه ظرفیت گیت به سرعت شارژ شود و ترانزیستور باز شود، لازم است مدار کنترل شما بتواند تا حد امکان جریان شارژ را به ترانزیستور ارائه دهد. ظرفیت گیت ترانزیستور را می توان از اطلاعات پاسپورت محصول دریافت و هنگام محاسبه باید Cvx = Ciss را بگیرید.

برای مثال، ترانزیستور ماسفت IRF740 را در نظر بگیرید. دارای ویژگی های زیر است که ما را مورد توجه قرار می دهد:

زمان باز شدن (زمان خیز - Tr) = 27 (ns)

زمان بسته شدن (زمان پاییز - Tf) = 24 (ns)

ظرفیت ورودی - Ciss = 1400 (pF)

حداکثر جریان باز شدن ترانزیستور را به صورت زیر محاسبه می کنیم:

ما حداکثر جریان بسته شدن ترانزیستور را با استفاده از همان اصل تعیین می کنیم:

از آنجایی که ما معمولاً از 12 ولت برای تغذیه مدار کنترل استفاده می کنیم، مقاومت محدود کننده جریان را با استفاده از قانون اهم تعیین می کنیم.

یعنی مقاومت Rg=20 اهم طبق سری استاندارد E24.

لطفا توجه داشته باشید که نمی توان چنین ترانزیستوری را مستقیماً از کنترلر کنترل کرد؛ من به شما معرفی خواهم کرد حداکثر ولتاژکه کنترلر می تواند ارائه دهد در محدوده 5 ولت و حداکثر جریان در 50 میلی آمپر خواهد بود. خروجی کنترلر بیش از حد بارگذاری می‌شود و ترانزیستور اثر میلر را نشان می‌دهد و مدار شما خیلی سریع از کار می‌افتد، زیرا کسی، چه کنترل‌کننده یا ترانزیستور، ابتدا بیش از حد گرم می‌شود.
بنابراین، انتخاب درایور مناسب ضروری است.
درایور یک تقویت کننده توان پالس است و برای کنترل طراحی شده است کلیدهای پاور. درایورها می توانند به صورت جداگانه کلیدهای بالایی و پایینی باشند، یا در یک محفظه در یک درایور کلید بالا و پایین، به عنوان مثال، مانند IR2110 یا IR2113 ترکیب شوند.
بر اساس اطلاعات ارائه شده در بالا، ما باید درایوری را انتخاب کنیم که بتواند جریان گیت ترانزیستور Ig = 622 میلی آمپر را حفظ کند.
بنابراین، ما از درایور IR2011 استفاده خواهیم کرد که قادر به پشتیبانی از جریان گیت Ig = 1000 میلی آمپر است.

همچنین لازم است حداکثر ولتاژ باری که سوئیچ ها سوئیچ می کنند در نظر گرفته شود. در این حالت برابر با 200 ولت است.
بعد، خیلی پارامتر مهمسرعت قفل است. این امر باعث از بین رفتن جریان عبوری در مدارهای فشار کشی نشان داده شده در شکل زیر می شود و باعث تلفات و گرمای بیش از حد می شود.

اگر ابتدای مقاله را با دقت بخوانید، با توجه به اطلاعات گذرنامه ترانزیستور می توانید ببینید که زمان بسته شدن باید کمتر از زمان باز شدن باشد و بر این اساس، جریان خاموش شدن باید بیشتر از جریان باز شود. > Ir. می توان با کاهش مقاومت Rg، جریان بسته شدن بزرگتری را فراهم کرد، اما سپس جریان باز شدن نیز افزایش می یابد، این امر بر میزان افزایش ولتاژ سوئیچینگ در هنگام خاموش شدن، بسته به نرخ کاهش جریان di/dt تأثیر می گذارد. از این منظر، افزایش سرعت سوئیچینگ یک عامل تا حد زیادی منفی است که قابلیت اطمینان دستگاه را کاهش می دهد.

در این صورت از خاصیت قابل توجه نیمه هادی ها برای عبور جریان در یک جهت استفاده می کنیم و دیودی را در مدار گیت نصب می کنیم که جریان خاموشی ترانزیستور If را عبور می دهد.

بنابراین، جریان گیت Ir از مقاومت R1 و جریان گیت If از دیود VD1 عبور می کند، و از آنجایی که مقاومت اتصال p-n دیود بسیار کمتر از مقاومت مقاومت R1 است، اگر > Ir . برای اطمینان از اینکه جریان خاموشی از مقدار خود تجاوز نمی کند، یک مقاومت را به صورت سری به دیود متصل می کنیم که مقاومت آن با نادیده گرفتن مقاومت دیود در حالت باز مشخص می شود.

بیایید نزدیکترین کوچکتر را از سری استاندارد E24 R2=16 Ohm بگیریم.

حال بیایید ببینیم نام درایور کلید بالا و درایور کلید پایین به چه معناست.
مشخص است که ترانزیستورهای MOSFET و IGBT توسط ولتاژ کنترل می شوند، یعنی ولتاژ منبع دروازه (Gate-Source) Ugs.
کلیدهای بالا و پایین کدامند؟ شکل زیر نمودار نیم پل را نشان می دهد. این طرحشامل کلیدهای بالا و پایین به ترتیب VT1 و VT2 است. کلید فوقانی VT1 توسط تخلیه به منبع تغذیه مثبت Vcc و توسط منبع به بار متصل می شود و باید با ولتاژ اعمال شده نسبت به منبع باز شود. کلید پایین، تخلیه به بار وصل شده و منبع به منبع تغذیه منفی (زمین) متصل است و باید با ولتاژ اعمال شده نسبت به زمین باز شود.

و اگر همه چیز با کلید پایین بسیار واضح است ، 12 ولت به آن اعمال کنید - باز می شود ، 0 ولت روی آن اعمال کنید - بسته می شود ، سپس برای کلید بالایی به مدار خاصی نیاز دارید که آن را نسبت به ولتاژ منبع باز کند از ترانزیستور این طرح قبلاً در درایور پیاده سازی شده است. تنها چیزی که نیاز داریم این است که ظرفیت تقویتی C2 را به درایور اضافه کنیم، که توسط ولتاژ منبع تغذیه درایور شارژ می شود، اما نسبت به منبع ترانزیستور، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. این تنش است که قفل را باز خواهد کرد کلید بالا.

این مدار کاملاً کارآمد است، اما استفاده از یک ظرفیت تقویت کننده به آن اجازه می دهد تا در محدوده های باریکی کار کند. این ظرفیت زمانی شارژ می شود که ترانزیستور پایین باز است و اگر مدار باید در فرکانس های بالا کار کند نمی تواند خیلی بزرگ باشد و همچنین نمی تواند در هنگام کار در آن خیلی کوچک باشد. فرکانس های پایین. یعنی با این طراحی نمی‌توانیم کلید بالایی را به‌طور نامحدود باز نگه داریم، بلافاصله پس از تخلیه خازن C2 بسته می‌شود، اما اگر از ظرفیت بزرگ‌تری استفاده کنیم، ممکن است تا دوره بعدی کارکرد، زمان شارژ مجدد نداشته باشد. ترانزیستور
ما بیش از یک بار با این مشکل مواجه شده‌ایم و اغلب مجبور بوده‌ایم هنگام تغییر فرکانس سوئیچینگ یا الگوریتم عملکرد مدار، یک ظرفیت تقویت‌کننده را آزمایش کنیم. مشکل با گذشت زمان و بسیار ساده، به مطمئن ترین و "تقریبا" ارزان ترین راه حل شد. هنگام مطالعه مرجع فنی برای DMC1500، به هدف کانکتور P8 علاقه مند شدیم.

با مطالعه دقیق دفترچه راهنما و درک کامل مدار کل درایو، معلوم شد که این کانکتوری برای اتصال یک منبع تغذیه جداگانه و ایزوله گالوانیکی است. منهای منبع تغذیه را به منبع سوئیچ بالایی و مثبت را به ورودی درایور Vb و پایه مثبت ظرفیت تقویت کننده وصل می کنیم. بنابراین، خازن به طور مداوم شارژ می شود و این امکان را فراهم می کند تا کلید بالایی را بدون توجه به وضعیت کلید پایین، تا زمانی که لازم است باز نگه دارد. این اضافه شدن به طرح به شما امکان می دهد هر الگوریتم تعویض کلید را پیاده سازی کنید.
به عنوان منبع تغذیه برای شارژ ظرفیت تقویت کننده، می توانید از ترانسفورماتور معمولی با یکسوساز و فیلتر یا مبدل DC-DC استفاده کنید.