درایور یک تقویت کننده قدرت است و برای کنترل مستقیم کلید برق (گاهی اوقات کلید) مبدل در نظر گرفته شده است. باید سیگنال کنترل را از نظر توان و ولتاژ تقویت کند و در صورت لزوم، جابجایی پتانسیل آن را فراهم کند.
گره خروجی درایور گیت عایق (MOSFET، IGBT) باید شرایط زیر را برآورده کند:
ترانزیستورهای MIS و IGBT دستگاه‌هایی هستند که ولتاژ کنترل می‌شوند، اما برای افزایش ولتاژ ورودی به سطح بهینه (12-15 ولت)، لازم است شارژ مناسب در مدار گیت فراهم شود.
برای محدود کردن سرعت افزایش جریان و کاهش نویز دینامیکی، لازم است از مقاومت های سری در مدار گیت استفاده شود.
درایورهای کنترل مدارهای مبدل پیچیده حاوی تعداد زیادی عنصر هستند، بنابراین به شکل مدارهای مجتمع تولید می شوند. این ریزمدارها علاوه بر تقویت‌کننده‌های قدرت، دارای مدارهای تبدیل سطح، منطق کمکی، مدارهای تاخیری برای تشکیل زمان "مرده" و همچنین تعدادی حفاظت از جمله در برابر جریان اضافه و اتصال کوتاه، کاهش ولتاژ تغذیه و تعدادی هستند. از دیگران. بسیاری از شرکت‌ها محدوده عملکردی متعددی تولید می‌کنند: درایورهای پل با کلید پایین، درایورهای پل با کلید بالا، درایورهای کلید بالا و پایین با کنترل مستقل هر یک از آنها، درایورهای نیمه پل که اغلب فقط یک ورودی کنترل دارند و می‌توان از آنها استفاده کرد. برای یک قانون کنترل متقارن، رانندگان تمام ترانزیستورها را در مدار پل هدایت می کنند.
یک مدار معمولی برای روشن کردن درایور سوئیچ های بالا و پایین از یکسو کننده بین المللی IR2110 با اصل منبع تغذیه بوت استرپ در شکل 3.1 نشان داده شده است. کنترل هر دو کلید مستقل است. تفاوت این درایور با سایر درایورها در این است که IR2110 دارای یک مدار تبدیل سطح اضافی هم در کانال های پایین و هم در کانال بالایی است که به شما امکان می دهد منبع تغذیه منطق ریز مدار را از ولتاژ منبع تغذیه درایور جدا کنید. همچنین حاوی محافظت در برابر تامین ولتاژ پایین به راننده و یک منبع "شناور" ولتاژ بالا است.
خازن های C D و C C به ترتیب برای سرکوب تداخل فرکانس بالا در مدارهای قدرت منطقی و درایور طراحی شده اند. یک منبع شناور ولتاژ بالا توسط یک خازن C1 و یک دیود VD1 (منبع تغذیه بوت استرپ) تشکیل می شود.
خروجی های درایور با استفاده از مقاومت های گیت R G1 و R G2 به ترانزیستورهای قدرت متصل می شوند.
از آنجایی که درایور بر روی عناصر میدانی ساخته شده است و کل توان مصرفی برای کنترل ناچیز است، خازن C1 می تواند به عنوان منبع تغذیه برای مرحله خروجی استفاده شود که از منبع تغذیه U PIT از طریق یک دیود با فرکانس بالا VD1 شارژ می شود. خازن C1 و دیود VD1 با هم یک منبع برق "شناور" ولتاژ بالا را تشکیل می دهند که برای کنترل ترانزیستور VT1 بالایی قفسه پل طراحی شده است. هنگامی که ترانزیستور پایینی VT2 جریان را هدایت می کند، منبع ترانزیستور فوقانی VT1 به یک سیم برق مشترک متصل می شود، دیود VD1 باز می شود و خازن C1 به ولتاژ U C1 \u003d U PIT - U VD1 شارژ می شود. برعکس، زمانی که ترانزیستور پایینی به حالت بسته می رود و ترانزیستور فوقانی VT2 شروع به باز شدن می کند، دیود VD1 توسط ولتاژ معکوس منبع تغذیه پشتیبانی می شود. در نتیجه، مرحله خروجی درایور منحصراً توسط جریان تخلیه خازن C1 شروع به تغذیه می کند. بنابراین، خازن C1 به طور مداوم بین سیم مشترک مدار و سیم منبع تغذیه "راه می رود" (نقطه 1).
هنگام استفاده از درایور IR2110 بوت استرپ، باید توجه ویژه ای به انتخاب عناصر منبع ولتاژ بالا "شناور" شود. دیود VD1 باید ولتاژ معکوس زیادی را تحمل کند (بسته به منبع تغذیه مدار) ، جریان رو به جلو مجاز تقریباً 1 A است ، زمان بازیابی t rr \u003d 10-100 ns ، یعنی سریع باشد. ادبیات دیود SF28 (600 V، 2 A، 35 ns)، و همچنین دیودهای UF 4004…UF 4007, UF 5404…UF 5408, HER 105… HER 108, HER 205…HER 208 و سایر موارد را توصیه می کند. سریع” کلاس ها.
مدار راه انداز به گونه ای طراحی شده است که یک سطح سیگنال منطقی بالا در هر ورودی HIN و LIN با همان سطح در خروجی HO و LO آن مطابقت دارد (شکل 3.1 b، درایور حالت مشترک را ببینید). ظهور سطح بالایی از سیگنال منطقی در ورودی SD منجر به مسدود شدن ترانزیستورهای قفسه پل می شود.
توصیه می شود از این میکرو مدار برای کنترل کلیدهای اینورتر با تنظیم ولتاژ خروجی PWM استفاده کنید. در عین حال ، باید به خاطر داشت که تاخیرهای زمانی (زمان "مرده") باید در سیستم کنترل در نظر گرفته شود تا هنگام تعویض ترانزیستورهای قفسه پل از جریان عبوری جلوگیری شود (VT1، VT2 و VT3، VT4، شکل. 1.1).
ظرفیت C1 یک ظرفیت بوت استرپ است که حداقل مقدار آن را می توان با فرمول محاسبه کرد:
جایی که س 3 - مقدار شارژ دروازه یک کلید قدرتمند (مقدار مرجع)؛
من پیت- مصرف جریان درایور در حالت استاتیک (معمولاً مقدار مرجع من پیت ≈ من جی ج تیکلید قدرتمند)
س 1 - تغییر چرخه ای در شارژ راننده (برای 500-600 - درایورهای ولت 5 nK)؛
V پ- ولتاژ تغذیه مدار راننده؛
- افت ولتاژ در دیود بوت استرپ VD1؛
تی- دوره تعویض کلیدهای قدرتمند
شکل 3.1. مدار معمولی برای روشن کردن درایور IR2110 (a) و نمودارهای زمان بندی سیگنال های آن در ورودی و خروجی (b)
V DD - منبع تغذیه برای منطق ریز مدار؛
V SS - نقطه مشترک بخش منطقی درایور.
HIN، LIN - سیگنال های ورودی منطقی که به ترتیب ترانزیستورهای بالایی و پایینی را کنترل می کنند.
SD - ورودی منطقی درایور غیرفعال است.
V CC - ولتاژ منبع تغذیه راننده؛
COM قطب منفی منبع تغذیه V CC است.
HO، LO - سیگنال های خروجی راننده که به ترتیب ترانزیستورهای بالایی و پایینی را کنترل می کنند.
V B ولتاژ تغذیه منبع "شناور" ولتاژ بالا است.
V S نقطه مشترک قطب منفی منبع "شناور" فشار قوی است.
مقدار به دست آمده از ظرفیت بوت استرپ باید با ضریب 10-15 افزایش یابد (معمولاً C در محدوده 0.1-1 μF). این باید یک ظرفیت با فرکانس بالا با جریان نشتی کم (در حالت ایده آل، تانتالیوم) باشد.
مقاومت های R G 1، R G 2 زمان روشن شدن ترانزیستورهای قدرتمند را تعیین می کنند و دیودهای VD G 1 و VD G 2 با شنت این مقاومت ها، زمان خاموشی را به حداقل مقادیر کاهش می دهند. مقاومت های R 1، R 2 مقدار کمی دارند (تا 0.5 اهم) و گسترش مقاومت های اهمی را در امتداد گذرگاه کنترل مشترک برابر می کنند (اگر یک کلید قدرتمند اتصال موازی ترانزیستورهای کم قدرت باشد اجباری است).
هنگام انتخاب درایور برای ترانزیستورهای قدرت، به موارد زیر توجه کنید:
قانون کنترل ترانزیستور قدرت:
برای قانون متقارن، درایورهای کلید بالا و پایین و درایورهای نیم پل مناسب هستند.
قانون نامتقارن نیاز به درایورهای کلیدی بالا و پایین با کنترل مستقل هر کلید قدرتمند دارد. برای قانون نامتقارن، درایورهایی با عایق گالوانیکی ترانسفورماتور مناسب نیستند.
پارامترهای کلیدی قدرتمند (I to یا I drain).
معمولاً از روش تقریبی استفاده می شود:
I out dr max =2 A می تواند یک VT قدرتمند با جریان حداکثر 50 A را کنترل کند.
من از dr max \u003d 3 A خارج می کنم - یک VT قدرتمند با جریان تا 150 A را کنترل کنید (در غیر این صورت زمان روشن و خاموش شدن به طور قابل توجهی افزایش می یابد و تلفات برق برای سوئیچینگ افزایش می یابد) ، یعنی. یک ترانزیستور با کیفیت بالا با انتخاب اشتباه راننده مزایای اصلی خود را از دست می دهد.
حسابداری برای توابع اضافی.
شرکت ها درایورهایی با عملکردهای خدماتی متعدد تولید می کنند:
حفاظت های کلیدی قدرتمند مختلف؛
حفاظت در برابر ولتاژ راننده؛
با دیودهای بوت استرپ داخلی؛
با زمان تاخیر قابل تنظیم و غیر قابل تنظیم برای روشن کردن یک VT قدرتمند در رابطه با لحظه خاموش کردن یکی دیگر (مبارزه با جریانات در نیم پل).
دارای عایق گالوانیکی داخلی یا بدون. در مورد دوم، در ورودی درایور، لازم است یک میکرو مدار عایق گالوانیکی (اغلب یک اپتوکوپلر دیود با فرکانس بالا) وصل شود.
در فاز یا ضد فاز؛
منبع تغذیه برای درایورها (نوع منبع تغذیه بوت استرپ یا سه منبع تغذیه ایزوله گالوانیکی مورد نیاز است).
با هم ارزی چندین نوع درایور، اولویت باید به آنهایی داده شود که جریان دروازه ترانزیستورهای قدرتمند را با استفاده از VTهای دوقطبی تغییر می دهند. اگر این عملکرد توسط ترانزیستورهای اثر میدانی انجام شود، ممکن است در شرایط خاص درایور خرابی داشته باشد (بیش از حد) به دلیل اثر ماشه "چفت کردن".
پس از انتخاب نوع درایور (و داده های آن)، اقدامات لازم برای مبارزه با جریانات در نیم پل مورد نیاز است. راه استاندارد این است که یک کلید قدرتمند را فورا خاموش کنید و یک کلید قفل شده را با تاخیر روشن کنید. برای این منظور از دیودهای VD G 1 و VD G 2 استفاده می شود که در هنگام بستن VT، مقاومت های گیت را شنت می دهند و روند خاموش شدن سریعتر از باز شدن قفل خواهد بود.
علاوه بر شنت کردن مقاومت های دروازه RG 1 و RG 2 با استفاده از دیودها (VD G 1، VD G 2، شکل 3.1)، برای مبارزه با جریان های عبوری در مدار P یک آبشار قدرتمند، شرکت ها درایورهای یکپارچه ای را تولید می کنند که نامتقارن هستند. شرایط جریان روشن خروجی VT من از بین بردن متر آه درو خاموش من از بین بردن متر آه خاموش(مثلا من از بین بردن متر آه در= 2A، من از بین بردن متر آه خاموش= 3A). این مقاومت های خروجی نامتقارن ریزمدار را تنظیم می کند که به صورت سری با مقاومت های دروازه R G 1 و R G 2 متصل می شوند.
,
.
که در آن تمام مقادیر موجود در فرمول ها داده های مرجع یک درایور خاص هستند.
برای یک محرک متقارن (براساس جریان)، برابری
.
بنابراین، برای جلوگیری از وقوع جریان های عبوری، لازم است مقدار مقاومت کل در مدار گیت (به دلیل 
,
و بر این اساس، با تنظیم جریان شارژ ظرفیت گیت VT)، تاخیر روشن شدن 
ترانزیستور بزرگتر یا مساوی با زمان بسته شدن VT است
جایی که 
- زمان فروپاشی جریان تخلیه (مقدار مرجع)؛
زمان تأخیر شروع خاموش کردن VT با توجه به لحظه اعمال ولتاژ مسدود کننده به دروازه است که به مقدار جریان تخلیه دروازه بستگی دارد (به ترتیب به مقاومت کل در مدار دروازه بستگی دارد) . با دیودهای گیت شنت (VD G 1، VD G 2، شکل 3.1)، جریان تخلیه به طور منحصر به فردی توسط مقاومت تعیین می شود. 
. بنابراین، برای تعیین 
نسبت زیر را حل کنید
(متناظر) - 
(متناظر) - 
اگر مقدار تصحیح شده باشد 
بسیار بیشتر خواهد بود 
، سپس این نشان دهنده انتخاب نادرست نوع درایور از نظر قدرت (بزرگ 
) و این امر عملکرد کلیدهای قدرتمند را تصحیح می کند. برای تعیین نهایی ارزش 
می توانید از داده های مرجع فنی VT قدرتمند استفاده کنید. برای این، نسبت
(متناظر) - 
(متناظر) - 
(اگر راه حل یک مقدار منفی R G 1 بدهد، تأخیر روشن شدن با یک حاشیه توسط امپدانس خروجی درایور ارائه می شود).
برای تسهیل مبارزه با جریان های عبوری، برخی از تولیدکنندگان در حال حاضر در مرحله تولید اطمینان حاصل می کنند که t خاموش است< 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).
دیودهای VD G 1 و VD G 2 باید فرکانس بالایی داشته باشند و ولتاژ تغذیه درایور را با حاشیه تحمل کنند.
برای مبارزه با جریان ها (برای قانون کنترل متقارن)، می توانید درایور نیم پل مورد نظر را انتخاب کنید (در صورت مناسب بودن برای سایر پارامترها)، که زمان تاخیر آن در محدوده 0.4 ... 5 میکرو ثانیه قابل تنظیم است (به عنوان مثال، درایورهای IR مانند IR2184 یا IR21844، اگر تأخیر آنها بیشتر یا مساوی t off باشد.
در پایان، شایان ذکر است که به جای اصلاحات درایورهای قدیمی، شرکت ها انواع جدیدی را منتشر می کنند که با موارد قدیمی سازگار هستند، اما ممکن است عملکردهای خدماتی اضافی داشته باشند (معمولا دیودهای بوت استرپ داخلی، یا بهتر بگوییم، ترانزیستورهای بوت استرپ که عملکرد را انجام می دهند. دیودهایی که قبلا وجود نداشتند). به عنوان مثال، درایور IR2011 متوقف شده و یک IRS2011 یا IR2011S جدید برای جایگزینی آن معرفی شده است (یک مدخل مبهم در کتابچه های راهنمای مختلف).
این مقاله به پیشرفت های LLC "Electrum AV" برای استفاده صنعتی، با توجه به ویژگی های آنها، مشابه دستگاه های مدولار تولید شده توسط Semikron و CT Concept اختصاص دارد.
مفاهیم مدرن برای توسعه الکترونیک قدرت، سطح پایه فناوری میکروالکترونیک مدرن، توسعه فعال سیستم های ساخته شده بر روی دستگاه های IGBT با پیکربندی ها و قدرت های مختلف را تعیین می کند. در برنامه دولتی "پایگاه ملی فناوری"، دو کار به توسعه یک سری از ماژول های IGBT با قدرت متوسط در شرکت Kontur (Cheboksary) و یک سری از ماژول های IGBT با قدرت بالا در شرکت کرمنی (Bryansk) به این حوزه اختصاص داده شده است. . در عین حال، استفاده و توسعه سیستم‌های مبتنی بر ماژول‌های IGBT به دلیل نبود دستگاه‌های راننده داخلی برای کنترل گیت‌های IGBT محدود شده است. این مشکل برای ترانزیستورهای اثر میدانی با توان بالا که در سیستم های مبدل با ولتاژ تا 200 ولت استفاده می شوند نیز مرتبط است.
در حال حاضر، در بازار "الکترونیک" روسیه، دستگاه های کنترلی برای ترانزیستورهای اثر میدانی با قدرت بالا و IGBT توسط Agilent Technologies، IR، Powerex، Semikron، CT Concept ارائه می شوند. محصولات IR و Agilent فقط حاوی یک تهویه کننده سیگنال کنترل ترانزیستور و مدارهای محافظ هستند و هنگام کار با ترانزیستورهای با توان بالا یا در فرکانس های بالا برای کاربرد آنها به عناصر اضافی نیاز دارند: یک مبدل DC / DC با توان لازم برای تشکیل ولتاژهای تغذیه مراحل خروجی. ، مراحل خروجی قدرتمند خارجی برای تولید سیگنال های کنترل گیت با شیب لبه مورد نیاز، عناصر محافظ (دیودهای زنر، دیودها و غیره)، عناصر رابط سیستم کنترل (منطق ورودی، تشکیل نمودار کنترل برای دستگاه های نیم پل، به صورت نوری سیگنال های وضعیت ایزوله از وضعیت ترانزیستور کنترل شده، ولتاژهای تغذیه و غیره). محصولات Powerex همچنین به مبدل DC/DC نیاز دارند، در حالی که TTL، CMOS و فیبر نوری به اجزای خارجی اضافی نیاز دارند. همچنین، هیچ سیگنال وضعیت لازم با ایزوله گالوانیکی وجود ندارد.
کاملترین آنها Semikron (سری SKHI) و CT Concept (انواع استاندارد یا SCALE) هستند. درایورهای مفهومی CT سری استاندارد و درایورهای SKHI به صورت برد مدار چاپی با کانکتور برای اتصال به سیستم کنترل و ترانزیستورهای کنترل شده با المان های لازم نصب شده بر روی آنها و با امکان نصب المنت های تیونینگ توسط مصرف کننده ساخته می شوند. از نظر ویژگی های عملکردی و پارامتریک، محصولات به هم نزدیک هستند.
نامگذاری درایورهای SKHI در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1. نامگذاری رانندگان SKHI
| نوع درایور Semikron | تعداد کانال ها | حداکثر ولتاژ در کنترل پارگی ترانزیستور، V | تغییر ولتاژ گیت، V | حداکثر اشتباه بیرون جاری، A | حداکثر شارژ گیت، µC | فرکانس، کیلوهرتز | ولتاژ عایق، کیلو ولت | 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 |
درایورهای SCALE CT Concept مبتنی بر یک مجموعه هیبریدی اولیه هستند و شامل عناصر اصلی برای راندن ترانزیستورهای پرقدرت اثر میدانی یا IGBT هستند که بر روی یک برد مدار چاپی نصب می‌شوند و قابلیت نصب عناصر تنظیم لازم را دارند. این برد همچنین مجهز به کانکتورها و سوکت های لازم می باشد.
محدوده مجموعه‌های پایه هیبریدی درایور SCALE از CT Concept در جدول 2 نشان داده شده است.
دستگاه‌های درایور تولید شده توسط Electrum AV، دستگاه‌های کاملاً کامل و از نظر عملکردی کاملی هستند که شامل تمام عناصر لازم برای کنترل گیت‌های ترانزیستورهای قدرتمند، ارائه سطوح لازم برای تطابق سیگنال‌های جریان و پتانسیل، زمان افزایش و تأخیر و همچنین سطوح لازم حفاظت از ترانزیستورهای کنترل شده در سطوح خطرناک ولتاژ اشباع (اضافه بار جریان یا اتصال کوتاه) و ولتاژ گیت ناکافی. مبدل های DC/DC استفاده شده و مراحل خروجی ترانزیستور دارای توان لازم برای اطمینان از سوئیچینگ ترانزیستورهای کنترل شده با هر توان با سرعت کافی برای اطمینان از حداقل تلفات سوئیچینگ هستند. مبدل‌های DC/DC و اپتوکوپلرها دارای سطوح عایق گالوانیکی کافی برای کاربردهای ولتاژ بالا هستند.
جدول 2. نامگذاری مجموعه های ترکیبی پایه درایورهای SCALE از مفهوم CT
| نوع درایور مفهومی CT | تعداد کانال ها | ولتاژ تغذیه راننده-ایمان، V | حداکثر اشتباه جریان خروجی، A | حداکثر ولتاژ در حالت قبلی پارگی ترانزیستور، V | توان خروجی، W | تأخیر، ns | ولتاژ جداسازی، V | du/dt، kV/µs | ورود |
| IGD 508E | 1 | ± 15 | ± 8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | جلدهای | |
| IGD 515E | 1 | ± 15 | ± 15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | جلدهای | |
| IGD 608E | 1 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IGD608A1 17 | 1 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IGD 615A | 1 | ± 15 | ± 15 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IGD615A1 17 | 1 | ± 15 | ± 15 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IHD 215A | 2 | ± 15 | 1.5± | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IHD 280A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IHD280A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 1 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IHD 680A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 3 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IHD680A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 3 | 60 | 4000 | >50 | ترنس |
| IHD580F | 2 | ± 15 | ± 8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | جلدهای |
در این مقاله دستگاه‌های MD115, MD150, MD180 (MD115P, MD150P, MD180P) برای کنترل ترانزیستورهای تکی و همچنین MD215, MD250, MD280 (MD215P, MD250P, MD280P) برای کنترل دستگاه‌های نیمه-bridge ارائه می‌شوند.
ماژول درایور IGBT تک کاناله و ترانزیستورهای قدرتمند میدانی: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
ماژول درایور MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P یک مدار مجتمع ترکیبی برای کنترل IGBT ها و ترانزیستورهای اثر میدان پرقدرت از جمله در مورد اتصال موازی آنها است. این ماژول تطبیق سطوح جریان و ولتاژ را با اکثر IGBTها و ترانزیستورهای قدرتمند میدانی با حداکثر ولتاژ مجاز تا 1700 ولت، محافظت در برابر اضافه بار یا اتصال کوتاه، در برابر ولتاژ ناکافی در گیت ترانزیستور را فراهم می کند. راننده در صورت نقض حالت کار ترانزیستور یک سیگنال "حادثه" تولید می کند. با کمک عناصر خارجی، حالت کار راننده برای کنترل بهینه انواع مختلف ترانزیستور پیکربندی می شود. درایور را می توان برای راه اندازی ترانزیستورها با خروجی های "Kelvin" یا برای کنترل جریان با یک مقاومت حس جریان استفاده کرد. دستگاه‌های MD115P، MD150P، MD180P دارای مبدل داخلی DC / DC برای تغذیه مراحل خروجی درایور هستند. دستگاه های MD115، MD150، MD180 به منبع تغذیه ایزوله خارجی نیاز دارند.
پین انتساب
1 - "اضطراری +" 2 - "اضطراری -" 3 - "ورودی +" 4 - "ورودی -" 5 - "منبع U +" (فقط برای مدل‌های با شاخص "P") 6 - "عرضه U -" (فقط برای مدل های با شاخص "P") 7 - "مشترک" 8 - "منبع + E" 9 - "خروجی" - کنترل گیت ترانزیستور 10 - "-E منبع" 11 - "به عنوان مثال" - ورودی برای نظارت بر ولتاژ اشباع ترانزیستور کنترل شده 12 - "جریان" - ورودی برای کنترل جریان عبوری از ترانزیستور کنترل شده
ماژول های درایور دو کاناله IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I IGBT و Power FET
ماژول های درایور MD215، MD250، MD280، MD215P، MD250P، MD280P - یک مدار مجتمع هیبریدی برای کنترل IGBT ها و ترانزیستورهای اثر میدان قدرتمند در دو کانال، هم به طور مستقل و هم در اتصال نیم پل، از جمله زمانی که ترانزیستورها به صورت موازی متصل می شوند. درایور تطبیق سطوح جریان و ولتاژ را با اکثر IGBT ها و ترانزیستورهای قدرتمند میدانی با حداکثر ولتاژ مجاز تا 1700 ولت، محافظت در برابر اضافه بار یا اتصال کوتاه، ولتاژ ناکافی در گیت ترانزیستور فراهم می کند. ورودی های درایور به صورت گالوانیکی از قسمت برق با ولتاژ ایزولاسیون 4 کیلو ولت جدا شده اند. درایور حاوی مبدل های داخلی DC/DC است که سطوح لازم را برای کنترل گیت های ترانزیستورها تشکیل می دهند. این دستگاه سیگنال های وضعیت لازم را تولید می کند که نحوه عملکرد ترانزیستورها و همچنین وجود نیرو را مشخص می کند. با کمک عناصر خارجی، حالت کار راننده برای کنترل بهینه انواع مختلف ترانزیستور پیکربندی می شود.
جدول 4. تعیین پایه های ماژول درایور IGBT دو کاناله و ترانزیستورهای اثر میدان قدرت
| پین شماره | تعیین | تابع | پین شماره | تعیین | تابع |
| 14 | ВХ1 "+" | ورودی کنترل مستقیم کانال اول | 15 | IR | کلکتور اندازه گیری برای نظارت بر ولتاژ اشباع در ترانزیستور کنترل شده کانال اول |
| 13 | BX1 "-" | ورودی کنترل معکوس کانال اول | 16 | SG1 | ورودی کنترل ولتاژ اشباع با آستانه قابل تنظیم و زمان مسدود شدن کانال اول |
| 12 | ST "+ E pit" | وضعیت ولتاژ تغذیه مرحله خروجی کانال اول | 17 | Out2 | خروجی کنترل گیت ترانزیستور با قابلیت تنظیم زمان روشن شدن ترانزیستور کنترل شده کانال اول |
| 11 | Sz | ورودی برای اتصال یک خازن اضافی (تنظیم زمان تاخیر روشن) کانال اول | 18 | خارج 1 | خروجی کنترل گیت ترانزیستور با زمان خاموش شدن قابل تنظیم ترانزیستور کنترل شده کانال اول |
| 10 | ST | خروجی وضعیت هشدار در ترانزیستور کنترل شده کانال اول | 19 | - گودال | |
| 9 | مسدود کردن | ورودی اینترلاک | 20 | مشترک | خروجی های ولتاژ تغذیه قسمت برق درایور کانال اول |
| 8 | درگیر نیست | 21 | +E گودال | خروجی های ولتاژ تغذیه قسمت برق درایور کانال اول | |
| 7 | +5 ولت | 22 | + E pit " | ||
| 6 | ورودی برای اتصال منبع تغذیه مدار ورودی | 23 | مشترک" | خروجی های ولتاژ تغذیه قسمت برق درایور کانال دوم | |
| 5 | BX2 "+" | ورودی کنترل مستقیم کانال دوم | 24 | -E pit" | خروجی های ولتاژ تغذیه قسمت برق درایور کانال دوم |
| 4 | BX2 "-" | ورودی کنترل معکوس کانال دوم | 25 | بیرون 1" | خروجی کنترل گیت ترانزیستور با زمان روشن شدن قابل تنظیم ترانزیستور کنترل شده کانال دوم |
| 3 | ST "+ E pit" 9 | وضعیت ولتاژ تغذیه مرحله خروجی کانال دوم | 26 | خروجی 2" | خروجی کنترل گیت ترانزیستور با زمان خاموش شدن قابل تنظیم ترانزیستور کنترل شده کانال دوم |
| 2 | Sz9 | ورودی برای اتصال یک خازن اضافی (تنظیم زمان تاخیر سوئیچینگ) کانال دوم | 27 | IK1" | ورودی کنترل ولتاژ اشباع با آستانه قابل تنظیم و زمان مسدود شدن کانال دوم |
| 1 | ST9 | خروجی وضعیت هشدار در ترانزیستور کنترل شده کانال دوم | 28 | IR" | کلکتور اندازه گیری برای نظارت بر ولتاژ اشباع در ترانزیستور کنترل شده کانال دوم |
دستگاه های هر دو نوع МД1ХХХ و МД2ХХХ از تشکیل سیگنال های کنترلی برای گیت های ترانزیستور با جریان های شارژ و تخلیه جداگانه قابل تنظیم، با پارامترهای دینامیکی مورد نیاز، کنترل ولتاژ و محافظت از گیت های ترانزیستور را در صورت ولتاژ ناکافی یا بیش از حد روی آنها ارائه می دهند. هر دو نوع دستگاه ولتاژ اشباع ترانزیستور کنترل شده را کنترل می کنند و در شرایط بحرانی بار را خاموش می کنند و یک سیگنال جداسازی اپتوکوپلر تولید می کنند. علاوه بر این توابع، دستگاه های سری MD1XXX توانایی کنترل جریان از طریق ترانزیستور کنترل شده با استفاده از مقاومت اندازه گیری جریان خارجی - "شنت" را دارند. چنین مقاومت هایی با مقاومت های 0.1 تا چند میلی اهم و توان های ده ها و صدها وات، ساخته شده بر روی پایه های سرامیکی به شکل نوارهای نیکروم یا منگنین با هندسه دقیق با درجه بندی های قابل تنظیم، توسط Electrum AV LLC نیز ساخته شده است. اطلاعات دقیق تر در مورد آنها را می توان در وب سایت www.orel.ru/voloshin یافت.
جدول 5. پارامترهای اصلی الکتریکی
| مدار ورودی | ||||
| دقیقه | نوع | حداکثر | ||
| ولتاژ تغذیه، V | 4,5 | 5 | 18 | |
| جریان مصرفی، میلی آمپر | بیش از 80 بدون بار حداکثر 300 میلی آمپر با بار | |||
| منطق ورودی | CMOS 3 -15 V، TTL | |||
| کنترل جریان ورودی، میلی آمپر | بیش از 0.5 نیست | |||
| ولتاژ خروجی st, V | بیش از 15 نیست | |||
| جریان خروجی در خروجی st، mA | حداقل 10 | |||
| مدار خروجی | ||||
| حداکثر جریان خروجی، A | ||||
| MD215 | بیشتر از 1.5 نیست | |||
| MD250 | بیش از 5.0 نیست | |||
| MD280 | نه بیشتر از 8.0 | |||
| جریان متوسط خروجی، میلی آمپر | بیش از 40 نیست | |||
| حداکثر فرکانس سوئیچینگ، کیلوهرتز | حداقل 100 | |||
| نرخ تغییر ولتاژ، kV/μs | حداقل 50 | |||
| حداکثر ولتاژ در ترانزیستور کنترل شده، V | حداقل 1200 | |||
| مبدل DC/DC | ||||
| ولتاژهای خروجی، V | حداقل 15 | |||
| پاور، دبلیو | حداقل 1 حداقل 6 (برای مدل های با شاخص M) | |||
| بهره وری | حداقل 80% | |||
| ویژگی های دینامیکی | ||||
| تاخیر ورودی t on، µs | بیش از 1 نیست | |||
| تاخیر خاموش شدن باقیمانده t off، ms | بیش از 0.5 نیست | |||
| وضعیت تأخیر روشن، µs | بیش از 1 نیست | |||
| زمان بهبودی پس از عملیات حفاظتی، μs | بیش از 10 نیست | |||
| نه کمتر از 1 (تنظیم شده با ظرفیت های Ct، Ct") | ||||
| زمان پاسخ مدار حفاظت ولتاژ اشباع هنگامی که ترانزیستور روشن می شود، میکرو ثانیه | حداقل 1 | |||
| ولتاژهای آستانه | ||||
| دقیقه | نوع | حداکثر | ||
| آستانه عملکرد حفاظت برای عرضه ناکافی E، V | 10,4 | 11 | 11,7 | |
| مدار حفاظت از ولتاژ اشباع ترانزیستور کنترل شده تضمین می کند که خروجی خاموش می شود و سیگنال CT در ولتاژ ورودی "IK" V تولید می شود. | 6 | 6,5 | 7 | |
| عایق | ||||
| ولتاژ جداسازی سیگنال های کنترل نسبت به سیگنال های قدرت، V | حداقل ولتاژ 4000 AC | |||
| ولتاژ عایق مبدل DC/DC، V | ولتاژ DC کمتر از 3000 | |||
درایورهای پیشنهادی به شما این امکان را می دهند که ترانزیستورها را با فرکانس بالا (تا 100 کیلوهرتز) کنترل کنید که به شما امکان می دهد به فرآیندهای تبدیل با راندمان بسیار بالا دست یابید.
دستگاه های سری MD2ХХХ دارای یک بلوک منطقی ورودی داخلی هستند که به شما امکان می دهد سیگنال ها را با مقادیر مختلف از 3 تا 15 ولت (CMOS) و سطوح استاندارد TTL کنترل کنید، در حالی که سطح یکسانی از سیگنال های کنترل گیت ترانزیستور را ارائه می دهد و یک زمان تاخیر برای تعویض بازوی بالایی و پایینی نیم پل، که امکان اطمینان از عدم وجود جریان های عبوری را فراهم می کند.
ویژگی های استفاده از درایورها در نمونه دستگاه MD2XXX
بررسی کوتاه
ماژول‌های درایور MD215، MD250، MD280، MD215P، MD250P، MD280P ماژول‌های کنترل جهانی هستند که برای تعویض IGBT و ترانزیستورهای اثر میدانی پرقدرت طراحی شده‌اند.
همه انواع MD2XXX دارای کنتاکت های سازگار متقابل هستند و تنها در سطح حداکثر جریان پالس متفاوت هستند.
انواع MD با توان بالاتر - MD250، MD280، MD250P، MD280P برای اکثر ماژول ها یا چندین ترانزیستور متصل به موازات در فرکانس های بالا مناسب هستند.
ماژول های درایور سری MD2XXX یک راه حل کامل برای مشکلات کنترل و محافظت برای IGBT ها و FET های قدرت ارائه می دهند. در واقع هیچ جزء اضافی در قسمت ورودی و خروجی مورد نیاز نیست.
عمل
ماژول های درایور MD215، MD250، MD280، MD215P، MD250P، MD280P برای هر یک از دو کانال شامل:
- یک مدار ورودی که تطبیق سطح سیگنال و تاخیر سوئیچینگ محافظ را فراهم می کند.
- جداسازی الکتریکی بین مدار ورودی و قسمت برق (خروجی)؛
- مدار درایو گیت ترانزیستور؛ روی یک ترانزیستور باز؛
- مدار برای کنترل سطح ولتاژ منبع تغذیه قسمت برق درایور؛
- تقویت کننده؛
- محافظت در برابر افزایش ولتاژ در قسمت خروجی درایور؛
- منبع ولتاژ ایزوله الکتریکی - مبدل DC//DC (فقط برای ماژول های دارای شاخص P)
هر دو کانال درایور مستقل از یکدیگر عمل می کنند.
با توجه به ایزولاسیون الکتریکی ارائه شده توسط ترانسفورماتورها و اپتوکوپلرها (در معرض ولتاژ آزمایشی 2650 ولت AC 50 هرتز به مدت 1 دقیقه) بین مدار ورودی و بخش برق، و همچنین سرعت حرکت ولتاژ بسیار بالا 30 کیلوولت بر ثانیه ماژول های درایور در مدارهایی با ولتاژهای بالقوه بالا و پرش های پتانسیل بزرگی که بین بخش برق و مدار کنترل (کنترل) رخ می دهد استفاده می شود.
زمان تاخیر بسیار کوتاه درایورهای سری MD2XXX امکان استفاده از آنها را در منابع تغذیه با فرکانس بالا، مبدل های فرکانس بالا و مبدل های تشدید می دهد. به لطف زمان تاخیر بسیار کوتاه، آنها عملکرد بدون مشکل در کنترل پل را تضمین می کنند.
یکی از عملکردهای اصلی درایورهای سری MD2XXX تضمین محافظت مطمئن ترانزیستورهای قدرت کنترل شده در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار است. وضعیت اضطراری ترانزیستور با ولتاژ روی کلکتور ترانزیستور قدرت در حالت باز تعیین می شود. اگر از آستانه تعیین شده توسط کاربر فراتر رود، ترانزیستور قدرت خاموش می شود و تا پایان سطح سیگنال فعال در ورودی کنترل مسدود می ماند. پس از آن، ترانزیستور را می توان با اعمال سطح فعال به ورودی کنترل، دوباره روشن کرد. این مفهوم حفاظتی به طور گسترده برای محافظت قابل اعتماد از IGBT ها استفاده می شود.
هدف کارکردی نتیجه گیری
پین 14 (BX1 "+")، 13 (BX1 "-")
پین های 13 و 14 ورودی های کنترل درایور هستند. کنترل با اعمال سطوح منطقی TTL به آنها انجام می شود. ورودی Vx1 "+" مستقیم است، یعنی وقتی یک منطقی 1 روی آن اعمال می شود، ترانزیستور قدرت باز می شود و وقتی 0 اعمال می شود، بسته می شود. ورودی Vx1 "-" معکوس است، یعنی وقتی یک منطقی 1 به آن اعمال شود، ترانزیستور قدرت بسته می شود و زمانی که 1 اعمال می شود، باز می شود. معمولاً Vx1 "-" به هادی مشترک قسمت ورودی درایور متصل می شود و توسط ورودی Vx1 "+" کنترل می شود. سوئیچینگ معکوس و غیر معکوس درایور در شکل 10 نشان داده شده است.
جدول 6 نمودار وضعیت یک کانال درایور را نشان می دهد.
جداسازی الکتریکی بین قسمت های ورودی و خروجی درایور در این پین ها با استفاده از کوپلرهای نوری انجام می شود. به لطف استفاده از آنها، احتمال تأثیر گذرا بر روی ترانزیستور قدرت در مدار کنترل منتفی است.
جدول 6. نمودار وضعیت یک کانال درایور
| Вх1+ | Bx1– | ولتاژ گیت ترانزیستور | ولتاژ اشباع ترانزیستور > نرمال | St | خیابان "+ E pit" | خروج |
| ایکس | ایکس | + | ایکس | ایکس | L | L |
| ایکس | ایکس | ایکس | + | ل | اچ | ل |
| ل | ایکس | ایکس | ایکس | ایکس | اچ | ل |
| ایکس | اچ | ایکس | ایکس | ایکس | اچ | ل |
| اچ | ل | - | - | اچ | اچ | اچ |
مدار ورودی دارای یک محافظ داخلی است که از باز شدن همزمان هر دو ترانزیستور برق نیمه پل جلوگیری می کند. اگر یک سیگنال کنترل فعال به ورودی های کنترل هر دو کانال اعمال شود، مدار مسدود می شود و هر دو ترانزیستور قدرت بسته می شوند.
ماژول های درایور باید تا حد امکان نزدیک ترانزیستورهای قدرت قرار گرفته و با کوتاه ترین هادی ممکن به آنها متصل شوند. ورودی های Vx1 "+" و Vx1 "-" را می توان با هادی هایی تا طول 25 سانتی متر به مدار کنترل و نظارت متصل کرد.
علاوه بر این، هادی ها باید به صورت موازی اجرا شوند. علاوه بر این، ورودی های Ix1 "+" و Ix1 "-" را می توان با استفاده از یک جفت پیچ خورده به مدار کنترل و نظارت متصل کرد. هادی مشترک به مدار ورودی باید همیشه برای هر دو کانال جداگانه وصل شود تا از انتقال مطمئن پالس های کنترل اطمینان حاصل شود.
در حالی که انتقال قابل اعتماد پالس های کنترل در مورد یک پالس بسیار طولانی اتفاق می افتد، پیکربندی کامل باید در مورد حداقل پالس کنترل کوتاه بررسی شود.
نتیجه 12 (ST "+ E pit")
پین 12 یک خروجی وضعیت است که وجود برق (+18 ولت) را در قسمت خروجی (قدرت) درایور تأیید می کند. طبق طرح کلکتور باز مونتاژ می شود. در طول عملکرد عادی درایور (وجود توان و سطح کافی آن)، خروجی وضعیت با استفاده از یک ترانزیستور باز به خروجی مشترک مدار کنترل متصل می شود. اگر این خروجی وضعیت مطابق طرح نشان داده شده در شکل 11 وصل شود، آنگاه یک وضعیت اضطراری به سطح ولتاژ بالا روی آن (+5 ولت) مطابقت دارد. عملکرد عادی درایور با سطح ولتاژ پایین در این پین وضعیت مطابقت دارد. مقدار معمول جریان عبوری از پین وضعیت مربوط به 10 میلی آمپر است، بنابراین، مقدار مقاومت R با فرمول R \u003d U / 0.01 محاسبه می شود.
که در آن U ولتاژ تغذیه است. هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه به زیر 12 ولت می رسد، ترانزیستور برق خاموش می شود و درایور مسدود می شود.
نتیجه گیری 11 (Sz)
یک خازن اضافی به پایه 11 متصل می شود که زمان تاخیر بین پالس های ورودی و خروجی را به تن درایور افزایش می دهد. به طور پیش فرض (بدون خازن اضافی)، این زمان دقیقا 1 میکرو ثانیه است، به همین دلیل درایور به پالس های کوتاه تر از 1 میکرو ثانیه پاسخ نمی دهد (محافظت در برابر نویز ضربه ای). هدف اصلی از این تاخیر حذف وقوع جریان های عبوری است که در نیم پل ها رخ می دهد. از طریق جریان باعث گرم شدن ترانزیستورهای قدرت، عملکرد حفاظت اضطراری، افزایش مصرف جریان و بدتر شدن راندمان مدار می شود. با توجه به معرفی این تاخیر توسط هر دو کانال راننده بارگذاری شده بر روی نیم پل، امکان کنترل یک سیگنال به صورت پیچ و خم وجود دارد.
به عنوان مثال، ماژول 2MBI 150 دارای تاخیر خاموش شدن 3 میکرو ثانیه است، بنابراین، برای جلوگیری از وقوع جریان های عبوری در ماژول زمانی که کانال ها به طور مشترک کنترل می شوند، باید یک ظرفیت اضافی حداقل 1200 قرار داد. pF در هر دو کانال
برای کاهش تاثیر دمای محیط بر زمان تاخیر، لازم است خازن هایی با TKE پایین انتخاب شود.
پین 10 (CT)
پایه 10 وضعیت خروجی خرابی ترانزیستور برق کانال اول است. سطح منطقی بالا در خروجی مربوط به عملکرد عادی راننده و سطح پایین - تصادف است. هنگامی که ولتاژ اشباع ترانزیستور قدرت از سطح آستانه فراتر رود، حادثه رخ می دهد. حداکثر جریان عبوری از خروجی 8 میلی آمپر است.
پین 9 (BLOCK)
پایه 6 ورودی کنترل درایور است. هنگامی که یک واحد منطقی به آن اعمال می شود، درایور مسدود می شود و یک ولتاژ مسدود کننده به ترانزیستورهای قدرت اعمال می شود. ورودی مسدود کننده برای هر دو کانال مشترک است. برای عملکرد عادی درایور، باید یک صفر منطقی روی این ورودی اعمال شود.
پین 8 استفاده نمی شود.
پایه های 7 (+5 ولت) و 6 (متداول)
پایه های 6 و 7 ورودی هایی برای اتصال برق به درایور هستند. برق از منبعی با توان 8 وات و ولتاژ خروجی 0.5 ± 5 ولت تامین می شود. برق باید با هادی های کوتاه به درایور وصل شود (برای کاهش تلفات و افزایش ایمنی نویز). اگر هادی های اتصال بلندتر از 25 سانتی متر باشند، لازم است که بین آنها خازن های سرکوب کننده صدا تا حد امکان نزدیک به درایور قرار داده شود (خازن سرامیکی با ظرفیت 0.1 μF).
پین 15 (IR)
پایه 15 (کلکتور اندازه گیری) به کلکتور ترانزیستور قدرت متصل است. از طریق آن، ولتاژ روی ترانزیستور باز نظارت می شود. در صورت اتصال کوتاه یا اضافه بار، ولتاژ ترانزیستور باز به شدت افزایش می یابد. هنگامی که مقدار آستانه ولتاژ در کلکتور ترانزیستور تجاوز می کند، ترانزیستور قدرت مسدود می شود و وضعیت هشدار MT فعال می شود. نمودارهای زمان‌بندی فرآیندهایی که در درایور هنگام راه‌اندازی حفاظت رخ می‌دهند، در شکل 7 نشان داده شده‌اند. آستانه حفاظت را می توان با اتصال دیودهای متصل به سری کاهش داد و مقدار آستانه ولتاژ اشباع U sat را کاهش داد. por.=7 –n U pr.VD، که در آن n تعداد دیودها است، U pr.VD افت ولتاژ در دیود باز است. اگر ترانزیستور قدرت از منبع 1700 ولت تغذیه می شود، لازم است یک دیود اضافی با ولتاژ شکست حداقل 1000 ولت نصب شود. کاتد دیود به کلکتور ترانزیستور قدرت متصل است. زمان پاسخ حفاظتی را می توان با استفاده از خروجی 16-IK1 تنظیم کرد.
نتیجه گیری 16 (IK1)
پایه 16 (کلکتور اندازه گیری)، بر خلاف پایه 15، دیود داخلی و مقاومت محدود کننده ندارد. اتصال یک خازن ضروری است که زمان پاسخ حفاظت را با ولتاژ اشباع در یک ترانزیستور باز تعیین می کند. این تاخیر برای حذف اثر تداخل در مدار ضروری است. با توجه به اتصال خازن، زمان پاسخ حفاظتی متناسب با ظرفیت مسدود کننده t = 4 С U us افزایش می یابد. por.، که در آن C ظرفیت خازن، pF است. این زمان به زمان تاخیر داخلی راننده t off (10%) = 3 میکرو ثانیه اضافه می شود. به طور پیش‌فرض، درایور ظرفیت خازنی C = 100 pF دارد، بنابراین، تاخیر پاسخ حفاظتی t = 4 100 6.3 + t off (10٪) = 5.5 µs است. در صورت لزوم می توان این زمان را با اتصال یک ظرفیت بین پایه 16 و سیم برق مشترک پاور یونیت افزایش داد.
پین های 17 (out.2) و 18 (out.1)
پین های 17 و 18 خروجی درایور هستند. آنها برای اتصال ترانزیستورهای قدرت و تنظیم زمان روشن شدن آنها طراحی شده اند. در پایه 17 (out.2)، یک پتانسیل مثبت (+18 V) به دروازه ماژول کنترل شده، و از طریق پایه 18 (خروجی 1)، یک پتانسیل منفی (-5 V) عرضه می شود. در صورت نیاز به ارائه لبه های کنترلی شیب دار (در حد 1 میکرو ثانیه) و توان بارگذاری نه چندان زیاد (دو ماژول 2MBI 150 که به صورت موازی متصل شده اند)، می توان این خروجی ها را مستقیماً به خروجی های کنترل ماژول ها متصل کرد. در صورت نیاز به سفت کردن جلوها یا محدود کردن جریان کنترل (در صورت بار سنگین)، ماژول ها باید از طریق مقاومت های محدود کننده به پایه های 17 و 18 متصل شوند.
اگر ولتاژ اشباع از سطح آستانه فراتر رود، یک کاهش صاف محافظ در ولتاژ در دروازه ترانزیستور کنترل رخ می دهد. زمان کاهش ولتاژ در گیت ترانزیستور تا سطح 90%t off (90%)=0.5μs، تا سطح 10%t off(10%)=3μs. کاهش هموار ولتاژ خروجی به منظور جلوگیری از افزایش ولتاژ ضروری است.
پین 19 (-E pit)، 20 (معمول) و 21 (+E pit)
پایه های 19، 20 و 21 خروجی های برق قسمت پاور درایور هستند. این پین ها با ولتاژ از مبدل DC/DC درایور تامین می شوند. در صورت استفاده از درایورهایی مانند MD215، MD250، MD280 بدون مبدل داخلی DC / DC، منابع تغذیه خارجی در اینجا وصل می شوند: خروجی 19 -5 ولت، خروجی 20 - مشترک، 21 خروجی +18 ولت برای جریان حداکثر 0.2 A .
محاسبه و انتخاب درایور
داده های اولیه برای محاسبه، ظرفیت ورودی ماژول C در یا شارژ معادل Q در، مقاومت ورودی ماژول R به داخل، نوسان ولتاژ در ورودی ماژول است. U = 30 ولت (در اطلاعات مرجع برای ماژول)، حداکثر فرکانس کاری که ماژول در آن کار می کند f max.
لازم است جریان پالسی که از ورودی کنترل ماژول Imax جریان می یابد، حداکثر توان مبدل DC / DC P را پیدا کنید.
شکل 16 مدار معادل ورودی ماژول را نشان می دهد که از یک خازن گیت و یک مقاومت پایانی تشکیل شده است.
اگر شارژ Q in در داده های اولیه مشخص شده باشد، لازم است آن را به یک ظرفیت ورودی معادل C در =Q در /D U محاسبه مجدد کنید.
توان راکتیو تخصیص یافته به ظرفیت ورودی ماژول با فرمول Рс =f Qin D U محاسبه می شود. توان کل مبدل DC/DC درایور Р مجموع توان مصرف شده توسط مرحله خروجی درایور است. خروجی و توان راکتیو اختصاص داده شده به ظرفیت ورودی ماژول Рс: P \u003d P out + Rs.
فرکانس کاری و نوسان ولتاژ در ورودی ماژول در طول محاسبات به عنوان حداکثر در نظر گرفته شد، بنابراین، حداکثر توان مبدل DC/DC در طول کارکرد معمولی درایور به دست آمد.
با دانستن مقاومت مقاومت محدود کننده R، می توانید جریان پالسی را که از طریق درایور عبور می کند پیدا کنید: I max \u003d D U / R.
بر اساس نتایج محاسباتی، می توان بهینه ترین درایور مورد نیاز برای کنترل ماژول قدرت را انتخاب کرد.
شاید پس از خواندن این مقاله، مجبور نباشید رادیاتورهای هم اندازه را روی ترانزیستورها قرار دهید.
ترجمه این مقاله.
نکته ای کوچک از مترجم:
اولاً، در این ترجمه ممکن است مشکلات جدی در ترجمه اصطلاحات وجود داشته باشد، من به اندازه کافی برق و مدار مطالعه نکردم، 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 اشتباه املایی از قبل دشوار است (تمجید از پردازشگرهای کلمه نشان دهنده خطا است)، اشتباه کردن در علائم نگارشی بسیار ساده است.
و در مورد این دو نکته از شما خواهش می کنم تا حد امکان در نظرات به من لگد بزنید.
اکنون بیایید در مورد موضوع مقاله بیشتر صحبت کنیم - با انواع مقالات در مورد ساخت انواع وسایل نقلیه زمینی (خودروها) در MK، در آردوینو، در<вставить название>، طراحی مدار و حتی بیشتر از آن نمودار اتصال موتور با جزئیات کافی توضیح داده نشده است. معمولاً اینگونه به نظر می رسد:
- موتور را بردار
- اجزاء را بگیرید
- قطعات و موتور را به هم وصل کنید
- …
- سود!
اما ساخت مدارهای پیچیده تر از چرخاندن موتور PWM به یک طرف از طریق L239x معمولاً نیازمند دانش پل های کامل (یا H-bridge)، FET ها (یا MOSFET) و درایورهای آنها است. اگر هیچ محدودیتی وجود نداشته باشد، می توان از ترانزیستورهای کانال p و کانال n برای یک پل کامل استفاده کرد، اما اگر موتور به اندازه کافی قدرتمند باشد، ترانزیستورهای کانال p ابتدا باید با تعداد زیادی رادیاتور آویزان شوند، سپس خنک کننده ها باید اضافه شود، اما اگر حیف است که آنها را دور بیندازید، می توانید انواع دیگر خنک کننده را امتحان کنید یا فقط 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 روشی خوب" بسیار دشوار است.
بنابراین در ترسیم نمودار صحیح به دنبال چیزی بودم که به من کمک کند و در وبلاگ جوانی به نام سید تمهید محبوب مقاله ای پیدا کردم. تصمیم گرفتم این مقاله را به اشتراک بگذارم.
در بسیاری از موقعیت ها، ما باید از FET ها به عنوان سوئیچ های سطح بالا استفاده کنیم. همچنین در بسیاری از مواقع باید از FET ها به عنوان سوئیچ های سطح 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 راه برای راندن FET در چنین مواردی استفاده از درایور سوئیچ سطح پایین و بالا برای ماسفت است. بدون شک محبوب ترین آی سی درایور IR2110 است. و در این مقاله / آموزش 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 قرارگیری 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 - یک PDIP 14 پین برای نصب خروجی و یک SOIC 16 پین برای نصب روی سطح.
حالا بیایید در مورد مخاطبین مختلف صحبت کنیم.
VCC قدرت سطح پایینی دارد، باید بین 10 تا 20 ولت باشد. VDD قدرت منطقی IR2110 است و باید بین 3+ و 20 ولت (با توجه به VSS) باشد. ولتاژ واقعی که برای استفاده انتخاب می کنید به سطح ولتاژ سیگنال های ورودی بستگی دارد. در اینجا نمودار است:
شکل 4 - وابستگی منطقی 1 به توان
معمولاً از VDD +5V استفاده می شود. با VDD = +5V، آستانه ورودی منطقی 1 کمی بالاتر از 3 ولت است. بنابراین، هنگامی که VDD = + 5 ولت، IR2110 می تواند برای هدایت بار استفاده شود، زمانی که ورودی "1" بالاتر از 3 (چیزی) ولت باشد. این بدان معناست که IR2110 تقریباً برای تمام مدارها قابل استفاده است، زیرا اغلب مدارها معمولاً در حدود 5 ولت تغذیه می شوند. هنگامی که از میکروکنترلرها استفاده می کنید، ولتاژ خروجی بالاتر از 4 ولت خواهد بود (در نهایت، میکروکنترلر اغلب VDD = 5 ولت دارد). هنگام استفاده از کنترلرهای SG3525 یا TL494 یا سایر کنترلرهای PWM، احتمالاً باید ولتاژی بیشتر از 10 ولت به آنها بدهید، به این معنی که خروجی ها در یک منطقی بیش از 8 ولت خواهند بود. بنابراین، IR2110 تقریباً در همه جا قابل استفاده است.
همچنین اگر از میکروکنترلر یا هر چیپ 3.3 ولتی (مثلاً dsPIC33) استفاده می کنید، می توانید VDD را به حدود 4 ولت کاهش دهید. هنگام طراحی مدارها با IR2110، متوجه شده ام که گاهی اوقات هنگامی که VDD IR2110 روی کمتر از +4 ولت تنظیم شده است، مدار به درستی کار نمی کند. بنابراین، 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 من از VDD = +5V استفاده می کنم.
اگر به دلایلی در مدار سطح سیگنال منطقی "1" دارای ولتاژ کمتر از 3 ولت باشد، باید از مبدل سطح / مترجم سطح استفاده کنید، ولتاژ را تا حد قابل قبول افزایش می دهد. در چنین شرایطی، من توصیه می کنم تا ولتاژ 4 ولت یا 5 ولت و استفاده از VDD = +5 ولت IR2110 را افزایش دهید.
حالا بیایید در مورد VSS و COM صحبت کنیم. VSS سرزمین منطق است. COM "بازده کم" است - اساساً سطح پایین درایور. ممکن است به نظر برسد که آنها مستقل هستند، و کسی فکر می کند که شاید بتوان خروجی های راننده و منطق سیگنال راننده را جدا کرد. با این حال، این اشتباه خواهد بود. اگرچه به صورت داخلی متصل نیست، 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 سوئیچ بالایی را درایو کنیم، یعنی یک خروجی سطح بالا روی HO انجام می شود. سیگنال کم در HIN به این معنی است که ما می خواهیم ماسفت سطح بالا را خاموش کنیم، یعنی یک خروجی سطح پایین در HO ساخته می شود. خروجی در HO، زیاد یا کم، در رابطه با زمین محاسبه نمی شود، بلکه در رابطه با VS محاسبه 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 یک بازگشت توان شناور است. در سطح بالا، سطح روی HO برابر با سطح VB در رابطه با VS است. هنگامی که پایین است، سطح HO برابر با VS، نسبت به VS، به طور موثر صفر است.
سیگنال LIN بالا به این معنی است که ما می خواهیم یک سوئیچ پایین را راه اندازی کنیم، یعنی یک خروجی سطح بالا روی LO انجام می شود. سیگنال LIN کم به این معنی است که ما می خواهیم ماسفت سطح پایین را خاموش کنیم، یعنی یک خروجی سطح پایین روی LO انجام می شود. 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 مانند 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 باشد، خروجی ها غیرفعال می شوند و کنترل IR2110 غیرفعال می شود.
حال بیایید نگاهی به پیکربندی های رایج با IR2110 برای هدایت ماسفت ها به عنوان سوئیچ های بالا و پایین - مدارهای نیمه پل بیندازیم.
شکل 5 - مدار پایه روی IR2110 برای کنترل نیم پل
D1، C1 و C2 همراه با IR2110 یک مدار تقویت کننده را تشکیل می دهند. وقتی LIN = 1 و Q2 روشن است، C1 و C2 به VB شارژ می شوند زیرا یک دیود زیر +VCC است. وقتی LIN = 0 و HIN = 1، شارژ C1 و C2 برای افزودن یک ولتاژ اضافی، VB در این مورد، بالاتر از سطح منبع Q1 برای درایو Q1 در پیکربندی سوئیچ بالا استفاده میشود. ظرفیت کافی برای C1 باید انتخاب شود تا شارژ لازم برای Q1 برای روشن نگه داشتن Q1 در تمام این مدت کافی باشد. 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. هرچه زمان بیشتری در حالت روشن مورد نیاز باشد، ظرفیت بیشتری مورد نیاز است. بنابراین، فرکانس پایین تر به ظرفیت C1 بزرگتری نیاز دارد. یک ضریب پر شدن بزرگتر 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 فرکانس های بالا مانند 30-50 کیلوهرتز، من از ظرفیت 4.7uF تا 22uF استفاده می کنم. از آنجایی که ما از خازن الکترولیتی استفاده می کنیم، باید به موازات این خازن از خازن سرامیکی نیز استفاده شود. اگر خازن تقویت کننده تانتالیوم باشد، خازن سرامیکی اختیاری است.
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 یک منبع بدون وقفه باشد. برای فیلتر کردن باید خازن های فیلتر و جداکننده از +VCC به زمین نصب کنید.
اکنون به چند نمونه از مدارها با IR2110 نگاه می کنیم.
شکل 6 - نمودار با IR2110 برای نیم پل ولتاژ بالا
شکل 7 - نمودار با IR2110 برای پل پر ولتاژ بالا با مدیریت کلید مستقل (قابل کلیک)
در شکل 7 یک IR2110 را می بینیم که برای راندن یک پل کامل استفاده می شود. هیچ چیز پیچیده ای در آن وجود ندارد، و من فکر می کنم شما در حال حاضر این را درک کرده اید. ما همچنین می‌توانیم یک ساده‌سازی نسبتاً محبوب را در اینجا اعمال کنیم: HIN1 را به LIN2 وصل می‌کنیم، و HIN2 را به LIN1 وصل می‌کنیم، 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 - نمودار با IR2110 برای پل پر ولتاژ بالا با کنترل کلید با دو ورودی (قابل کلیک)
شکل 9 - شماتیک با IR2110 به عنوان یک درایور سطح بالا ولتاژ بالا
در شکل 9 می بینیم که IR2110 به عنوان درایور سطح بالا استفاده می شود. این طرح بسیار ساده است و دارای همان عملکردی است که در بالا توضیح داده شد. یک چیز را باید در نظر گرفت - از آنجایی که ما دیگر سوئیچ سطح پایین نداریم، باید یک بار از OUT به زمین متصل باشد. در غیر این صورت، خازن تقویت کننده قادر به شارژ نخواهد بود.
شکل 10 - شماتیک با IR2110 به عنوان یک درایور سطح پایین
شکل 11 - شماتیک با IR2110 به عنوان درایور سطح پایین دوگانه
اگر با IR2110 مشکل دارید و همه چیز مدام خراب میشود، می‌سوزد یا منفجر میشود، مطمئنم دلیلش این است که از مقاومت‌های منبع گیت استفاده نمی‌کنید، البته به شرطی که همه چیز را با دقت طراحی کرده باشید. مقاومت های GATE-SOURCE را هرگز فراموش نکنید. اگر علاقه مند هستید، می توانید تجربه من با آنها را اینجا بخوانید (من همچنین دلیل جلوگیری از آسیب دیدن مقاومت ها را توضیح می دهم).
2.3. درایورهای ترانزیستور قدرت
درایورها میکرو مدارهای کنترلی هستند که کنترلرها و مدارهای منطقی مختلف را با ترانزیستورهای قدرتمند مراحل خروجی مبدل ها یا دستگاه های کنترل موتور متصل می کنند. درایورها که انتقال سیگنال را ارائه می دهند، باید تا حد امکان تاخیر زمانی کمتری ایجاد کنند و مراحل خروجی آنها باید ویژگی بار خازنی بزرگ مدارهای گیت ترانزیستور را تحمل کنند. جریان مرحله خروجی درایور باید بین 0.5 آمپر تا 2 آمپر یا بیشتر باشد.
درایور یک تقویت کننده توان پالس است و برای کنترل مستقیم سوئیچ های برق مبدل های پارامترهای قدرت طراحی شده است. مدار درایور بر اساس نوع ساختار ترانزیستور کلید (دو قطبی، MOS یا IGBT) و نوع هدایت آن، و همچنین محل ترانزیستور در مدار سوئیچ ("بالا"، یعنی ترانزیستور که هر دو قدرت دارند تعیین می شود. خروجی ها در حالت باز پتانسیل بالایی دارند یا "پایین تر" که هر دو خروجی توان در حالت باز پتانسیل صفر دارند). راننده باید سیگنال کنترل را از نظر توان و ولتاژ تقویت کند، در صورت لزوم، تغییر پتانسیل آن را فراهم کند. همچنین می توان عملکردهای حفاظتی کلیدی را به راننده سپرد.
هنگام طراحی مدار کنترل برای مجموعه های ترانزیستور قدرت، باید بدانید که:
الف) لازم است یک پتانسیل "شناور" برای کنترل سوئیچ برق "بالا" در یک مدار نیم پل فراهم شود.
ب) ایجاد یک افزایش و کاهش سریع سیگنال های کنترلی که به دروازه های عناصر قدرت می رسند برای کاهش تلفات حرارتی برای سوئیچینگ بسیار مهم است.
ج) لازم است مقدار بالایی از پالس جریان برای کنترل دروازه عناصر قدرت برای شارژ مجدد سریع ظرفیت های ورودی ارائه شود.
د) در اکثریت قریب به اتفاق موارد، سازگاری الکتریکی قسمت ورودی درایور با سیگنال های دیجیتال استاندارد TTL / CMOS (معمولاً از میکروکنترلرها) مورد نیاز است.
برای مدت طولانی، توسعه دهندگان مجبور بودند مدارهای درایور کنترل را بر روی عناصر گسسته طراحی کنند. اولین رویداد مهم در راه ادغام درایورهای کنترل، ظهور ریز مدارهای سری IR21xx و IR22xx (و سپس اصلاحات مدرن تر آنها IRS21xx، IRS22xx) بود که توسط International Rectifies توسعه یافتند. امروزه، این ریزمدارها وسیع ترین کاربرد را در فناوری مبدل های کم مصرف پیدا کرده اند، زیرا تمام الزامات فوق را برآورده می کنند.
مدار کنترل سوئیچ قدرت همیشه به گونه ای ساخته می شود که سیگنال خروجی آن (به شکل پالس های مدوله شده با عرض پالس) نسبت به هادی "مشترک" مدار تنظیم شود. همانطور که در شکل دیده میشود. 2.12، ولی، که یک مرحله قدرت نیمه پل را برای یک ترانزیستور کلیدی نشان می دهد VT 2، این کاملاً کافی است - سیگنال "کنترل 2" را می توان مستقیماً از طریق شکل دهنده G2 به دروازه (پایه) ترانزیستور اعمال کرد، زیرا منبع آن (امیتر) به هادی "مشترک" مدار متصل است، و کنترل نسبت به هادی "مشترک" انجام می شود.
اما ترانزیستور چطور؟ VT 1 که در بالای بازوی نیم پل کار می کند؟ اگر ترانزیستور VT 2 بسته است و VT 1 باز، در منبع VT 1 ولتاژ تغذیه موجود است Eپیت. بنابراین، برای تعویض ترانزیستور VT 1، لازم است یک دستگاه G1 به صورت گالوانیکی از مدار "مشترک" جدا شده باشد، که به وضوح پالس های مدار کنترل "کنترل 1" را بدون ایجاد اعوجاج در سیگنال ها منتقل می کند. راه حل کلاسیک برای این مشکل روشن کردن ترانسفورماتور کنترل T1 است (شکل 2.12، ب) که از یک طرف مدارهای کنترل را به صورت گالوانیکی جدا می کند و از طرف دیگر تکانه های سوئیچینگ را منتقل می کند. تصادفی نیست که این راه حل فنی یک "کلاسیک ژانر" در نظر گرفته می شود: دهه هاست که شناخته شده است.
ولی ب
برنج. 2.12. کلیدهای برق در مدارهای نیم پل
سیگنال ورودی یک سیگنال تراشه کنترل دامنه استاندارد در سطح منطقی است و با کمک ولتاژ اعمال شده به پین Vdd، سازگاری با "منطق" کلاسیک 5 ولت و 3.3 ولت مدرن تر را می توان تضمین کرد. در خروجی درایور، ولتاژهای کنترلی برای ترانزیستورهای قدرت "بالا" و "پایین" وجود دارد. راننده اقداماتی را برای ارائه سطوح کنترل لازم انجام داده است، معادل ایزوله گالوانیکی (عایق شبه) ایجاد شده است، عملکردهای اضافی وجود دارد - ورودی خاموش، واحد حفاظت از ولتاژ پایین، فیلتر پالس کنترل کوتاه.
همانطور که از بلوک دیاگرام (شکل 2.13) مشاهده می شود، درایور از دو کانال مستقل تشکیل شده است که برای کنترل بازوهای بالایی و پایینی مدارهای نیم پل طراحی شده اند. در ورودی درایور، شکل دهنده های پالس بر اساس تریگرهای اشمیت ارائه می شود. ورودی‌های Vcc و Vdd برای اتصال ولتاژ منبع تغذیه و بخش‌های کنترل مدار طراحی شده‌اند، گذرگاه‌های «زمین» قسمت برق و قسمت کنترل جدا شده‌اند (خروجی‌های «معمول» مختلف - Vss و COM).
در اکثریت قریب به اتفاق موارد، این نتیجه گیری ها به سادگی با هم مرتبط هستند. همچنین امکان منبع تغذیه مجزا برای قطعات کنترل و برق وجود دارد تا سطوح ورودی با سطوح مدار کنترل مطابقت داشته باشد. ورودی SD - محافظ. مراحل خروجی بر روی ترانزیستورهای اثر میدان مکمل ساخته شده اند. ریز مدار حاوی دستگاه های اضافی است که عملکرد پایدار آن را به عنوان بخشی از مدارهای مبدل تضمین می کند: این یک شیفتر سطح سیگنال کنترلی (تغییر سطح Vdd / Vcc)، یک دستگاه کوتاه سرکوب نویز ضربه (فیلتر پالس)، یک دستگاه تاخیر سوئیچینگ (تاخیر) و منبع آشکارساز ولتاژ پایین (تشخیص UV).
برنج. 2. 13. گره های عملکردی ریزمدار IRS2110 و IRS2113
یک طرح معمولی برای روشن کردن درایورها در شکل نشان داده شده است. 2.14. خازن ها از جانب 1 و از جانب Z - فیلتر کردن. سازنده توصیه می کند آنها را تا حد امکان نزدیک به پایانه های مربوطه قرار دهید. خازن از جانب 2 و دیود VD 1 - آبشار بوت استرپ که برق مدار کنترل ترانزیستور شانه "بالا" را تامین می کند. خازن از جانب 4 - فیلتر در مدار برق. مقاومت ها آر 1 و آر 2 - کرکره.
گاهی اوقات سیگنال PWM کنترلی را می توان نه توسط دو ورودی کنترل جداگانه تولید کرد، بلکه می تواند به یک ورودی به شکل یک پیچ و خم با چرخه کاری متفاوت اعمال شود. چنین روش کنترلی را می توان، برای مثال، در مبدل هایی که سیگنال سینوسی با فرکانس معین تولید می کنند، یافت. در این مورد، کافی است یک مکث "زمان مرده" بین بسته شدن یک ترانزیستور نیم پل و باز شدن دومی تنظیم کنید.
برنج. 2.14. نمودار سیم کشی معمولی برای IRS2110 و IRS2113
چنین درایوری با یک گره داخلی برای تشکیل تضمینی مکث "زمان مرده" در نامگذاری شرکت International Rectifies وجود دارد - این تراشه IRS2111 است (شکل 2.15).
برنج. 2.15. گره های عملکردی تراشه IRS2111
بلوک دیاگرام نشان می‌دهد که راننده دارای گره‌های تشکیل توقف موقت برای بازوهای بالایی و پایینی نیم پل است. با توجه به مستندات سازنده، مقدار "زمان مرده" 650 ns (مقدار معمولی) تنظیم شده است که برای راه اندازی نیم پل های متشکل از ترانزیستورهای قدرتمند MOSFET کاملاً کافی است.
درایورهای کنترل مدارهای مبدل پیچیده - تک فاز و سه فاز - حاوی تعداد زیادی عنصر هستند، بنابراین جای تعجب نیست که آنها به شکل مدارهای مجتمع تولید می شوند. این ریز مدارها علاوه بر درایورهای واقعی، دارای مدارهای تبدیل سطح، منطق کمکی، مدارهای تاخیری برای تشکیل زمان "مرده"، مدارهای حفاظتی و غیره نیز می باشند. با توجه به حوزه کاربرد آی سی های درایور، موارد زیر وجود دارد: محرک های کلیدی؛ درایورهای کلیدی بالا؛ درایورهای کلید پایین و بالایی؛ رانندگان نیم پل; درایور پل تک فاز; درایورهای پل سه فاز
پارامترهای اصلی درایورهای یکپارچه به دو گروه پویا و عملیاتی تقسیم می شوند. موارد دینامیکی شامل زمان تأخیر سوئیچینگ هنگام باز کردن و قفل کردن کلید، زمان افزایش و کاهش ولتاژ خروجی و همچنین زمان پاسخگویی مدارهای حفاظتی است. مهمترین پارامترهای عملیاتی عبارتند از: حداکثر مقدار ضربه جریان خروجی ورودی/خروجی، سطوح ورودی، محدوده ولتاژ تغذیه، امپدانس خروجی.
اغلب، برخی از عملکردهای حفاظتی برای MOSFET و JGBT به درایورها اختصاص داده می شود. این توابع شامل موارد زیر است: حفاظت از اتصال کوتاه کلید. حفاظت در برابر ولتاژ برای راننده؛
محافظت در برابر جریان های عبوری؛ حفاظت از خرابی دروازه
سوالاتی برای خودکنترلی
تفاوت های اصلی بین ترانزیستورهای دوقطبی و اثر میدانی باید در هنگام استفاده از آنها به عنوان سوئیچ الکترونیکی در نظر گرفته شود؟
ماسفت چه مزایایی از ترانزیستورهای دوقطبی و اثر میدانی را با هم ترکیب می کند؟
حالت های استاتیک اصلی کار ترانزیستورها را فهرست کنید. ترانزیستورها در دستگاه های الکترونیک قدرت در چه حالت هایی باید استفاده شوند؟
با توجه به طرح لاریونوف ماهیت عرض پالس را توضیح دهید
مدولاسیون (PWM).
شاید پس از خواندن این مقاله، مجبور نباشید رادیاتورهای هم اندازه را روی ترانزیستورها قرار دهید.
ترجمه این مقاله.
نکته ای کوچک از مترجم:
اولاً، در این ترجمه ممکن است مشکلات جدی در ترجمه اصطلاحات وجود داشته باشد، من به اندازه کافی برق و مدار مطالعه نکردم، 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 اشتباه املایی از قبل دشوار است (تمجید از پردازشگرهای کلمه نشان دهنده خطا است)، اشتباه کردن در علائم نگارشی بسیار ساده است.
و در مورد این دو نکته از شما خواهش می کنم تا حد امکان در نظرات به من لگد بزنید.
اکنون بیایید در مورد موضوع مقاله بیشتر صحبت کنیم - با انواع مقالات در مورد ساخت انواع وسایل نقلیه زمینی (خودروها) در MK، در آردوینو، در<вставить название>، طراحی مدار و حتی بیشتر از آن نمودار اتصال موتور با جزئیات کافی توضیح داده نشده است. معمولاً اینگونه به نظر می رسد:
- موتور را بردار
- اجزاء را بگیرید
- قطعات و موتور را به هم وصل کنید
- …
- سود!
اما ساخت مدارهای پیچیده تر از چرخاندن موتور PWM به یک طرف از طریق L239x معمولاً نیازمند دانش پل های کامل (یا H-bridge)، FET ها (یا MOSFET) و درایورهای آنها است. اگر هیچ محدودیتی وجود نداشته باشد، می توان از ترانزیستورهای کانال p و کانال n برای یک پل کامل استفاده کرد، اما اگر موتور به اندازه کافی قدرتمند باشد، ترانزیستورهای کانال p ابتدا باید با تعداد زیادی رادیاتور آویزان شوند، سپس خنک کننده ها باید اضافه شود، اما اگر حیف است که آنها را دور بیندازید، می توانید انواع دیگر خنک کننده را امتحان کنید یا فقط 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 روشی خوب" بسیار دشوار است.
بنابراین در ترسیم نمودار صحیح به دنبال چیزی بودم که به من کمک کند و در وبلاگ جوانی به نام سید تمهید محبوب مقاله ای پیدا کردم. تصمیم گرفتم این مقاله را به اشتراک بگذارم.
در بسیاری از موقعیت ها، ما باید از FET ها به عنوان سوئیچ های سطح بالا استفاده کنیم. همچنین در بسیاری از مواقع باید از FET ها به عنوان سوئیچ های سطح 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 راه برای راندن FET در چنین مواردی استفاده از درایور سوئیچ سطح پایین و بالا برای ماسفت است. بدون شک محبوب ترین آی سی درایور IR2110 است. و در این مقاله / آموزش 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 قرارگیری 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 - یک PDIP 14 پین برای نصب خروجی و یک SOIC 16 پین برای نصب روی سطح.
حالا بیایید در مورد مخاطبین مختلف صحبت کنیم.
VCC قدرت سطح پایینی دارد، باید بین 10 تا 20 ولت باشد. VDD قدرت منطقی IR2110 است و باید بین 3+ و 20 ولت (با توجه به VSS) باشد. ولتاژ واقعی که برای استفاده انتخاب می کنید به سطح ولتاژ سیگنال های ورودی بستگی دارد. در اینجا نمودار است:
شکل 4 - وابستگی منطقی 1 به توان
معمولاً از VDD +5V استفاده می شود. با VDD = +5V، آستانه ورودی منطقی 1 کمی بالاتر از 3 ولت است. بنابراین، هنگامی که VDD = + 5 ولت، IR2110 می تواند برای هدایت بار استفاده شود، زمانی که ورودی "1" بالاتر از 3 (چیزی) ولت باشد. این بدان معناست که IR2110 تقریباً برای تمام مدارها قابل استفاده است، زیرا اغلب مدارها معمولاً در حدود 5 ولت تغذیه می شوند. هنگامی که از میکروکنترلرها استفاده می کنید، ولتاژ خروجی بالاتر از 4 ولت خواهد بود (در نهایت، میکروکنترلر اغلب VDD = 5 ولت دارد). هنگام استفاده از کنترلرهای SG3525 یا TL494 یا سایر کنترلرهای PWM، احتمالاً باید ولتاژی بیشتر از 10 ولت به آنها بدهید، به این معنی که خروجی ها در یک منطقی بیش از 8 ولت خواهند بود. بنابراین، IR2110 تقریباً در همه جا قابل استفاده است.
همچنین اگر از میکروکنترلر یا هر چیپ 3.3 ولتی (مثلاً dsPIC33) استفاده می کنید، می توانید VDD را به حدود 4 ولت کاهش دهید. هنگام طراحی مدارها با IR2110، متوجه شده ام که گاهی اوقات هنگامی که VDD IR2110 روی کمتر از +4 ولت تنظیم شده است، مدار به درستی کار نمی کند. بنابراین، 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 من از VDD = +5V استفاده می کنم.
اگر به دلایلی در مدار سطح سیگنال منطقی "1" دارای ولتاژ کمتر از 3 ولت باشد، باید از مبدل سطح / مترجم سطح استفاده کنید، ولتاژ را تا حد قابل قبول افزایش می دهد. در چنین شرایطی، من توصیه می کنم تا ولتاژ 4 ولت یا 5 ولت و استفاده از VDD = +5 ولت IR2110 را افزایش دهید.
حالا بیایید در مورد VSS و COM صحبت کنیم. VSS سرزمین منطق است. COM "بازده کم" است - اساساً سطح پایین درایور. ممکن است به نظر برسد که آنها مستقل هستند، و کسی فکر می کند که شاید بتوان خروجی های راننده و منطق سیگنال راننده را جدا کرد. با این حال، این اشتباه خواهد بود. اگرچه به صورت داخلی متصل نیست، 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 سوئیچ بالایی را درایو کنیم، یعنی یک خروجی سطح بالا روی HO انجام می شود. سیگنال کم در HIN به این معنی است که ما می خواهیم ماسفت سطح بالا را خاموش کنیم، یعنی یک خروجی سطح پایین در HO ساخته می شود. خروجی در HO، زیاد یا کم، در رابطه با زمین محاسبه نمی شود، بلکه در رابطه با VS محاسبه 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 یک بازگشت توان شناور است. در سطح بالا، سطح روی HO برابر با سطح VB در رابطه با VS است. هنگامی که پایین است، سطح HO برابر با VS، نسبت به VS، به طور موثر صفر است.
سیگنال LIN بالا به این معنی است که ما می خواهیم یک سوئیچ پایین را راه اندازی کنیم، یعنی یک خروجی سطح بالا روی LO انجام می شود. سیگنال LIN کم به این معنی است که ما می خواهیم ماسفت سطح پایین را خاموش کنیم، یعنی یک خروجی سطح پایین روی LO انجام می شود. 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 مانند 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 باشد، خروجی ها غیرفعال می شوند و کنترل IR2110 غیرفعال می شود.
حال بیایید نگاهی به پیکربندی های رایج با IR2110 برای هدایت ماسفت ها به عنوان سوئیچ های بالا و پایین - مدارهای نیمه پل بیندازیم.
شکل 5 - مدار پایه روی IR2110 برای کنترل نیم پل
D1، C1 و C2 همراه با IR2110 یک مدار تقویت کننده را تشکیل می دهند. وقتی LIN = 1 و Q2 روشن است، C1 و C2 به VB شارژ می شوند زیرا یک دیود زیر +VCC است. وقتی LIN = 0 و HIN = 1، شارژ C1 و C2 برای افزودن یک ولتاژ اضافی، VB در این مورد، بالاتر از سطح منبع Q1 برای درایو Q1 در پیکربندی سوئیچ بالا استفاده میشود. ظرفیت کافی برای C1 باید انتخاب شود تا شارژ لازم برای Q1 برای روشن نگه داشتن Q1 در تمام این مدت کافی باشد. 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. هرچه زمان بیشتری در حالت روشن مورد نیاز باشد، ظرفیت بیشتری مورد نیاز است. بنابراین، فرکانس پایین تر به ظرفیت C1 بزرگتری نیاز دارد. یک ضریب پر شدن بزرگتر 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 فرکانس های بالا مانند 30-50 کیلوهرتز، من از ظرفیت 4.7uF تا 22uF استفاده می کنم. از آنجایی که ما از خازن الکترولیتی استفاده می کنیم، باید به موازات این خازن از خازن سرامیکی نیز استفاده شود. اگر خازن تقویت کننده تانتالیوم باشد، خازن سرامیکی اختیاری است.
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 یک منبع بدون وقفه باشد. برای فیلتر کردن باید خازن های فیلتر و جداکننده از +VCC به زمین نصب کنید.
اکنون به چند نمونه از مدارها با IR2110 نگاه می کنیم.
شکل 6 - نمودار با IR2110 برای نیم پل ولتاژ بالا
شکل 7 - نمودار با IR2110 برای پل پر ولتاژ بالا با مدیریت کلید مستقل (قابل کلیک)
در شکل 7 یک IR2110 را می بینیم که برای راندن یک پل کامل استفاده می شود. هیچ چیز پیچیده ای در آن وجود ندارد، و من فکر می کنم شما در حال حاضر این را درک کرده اید. ما همچنین می‌توانیم یک ساده‌سازی نسبتاً محبوب را در اینجا اعمال کنیم: HIN1 را به LIN2 وصل می‌کنیم، و HIN2 را به LIN1 وصل می‌کنیم، 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 - نمودار با IR2110 برای پل پر ولتاژ بالا با کنترل کلید با دو ورودی (قابل کلیک)
شکل 9 - شماتیک با IR2110 به عنوان یک درایور سطح بالا ولتاژ بالا
در شکل 9 می بینیم که IR2110 به عنوان درایور سطح بالا استفاده می شود. این طرح بسیار ساده است و دارای همان عملکردی است که در بالا توضیح داده شد. یک چیز را باید در نظر گرفت - از آنجایی که ما دیگر سوئیچ سطح پایین نداریم، باید یک بار از OUT به زمین متصل باشد. در غیر این صورت، خازن تقویت کننده قادر به شارژ نخواهد بود.
شکل 10 - شماتیک با IR2110 به عنوان یک درایور سطح پایین
شکل 11 - شماتیک با IR2110 به عنوان درایور سطح پایین دوگانه
اگر با IR2110 مشکل دارید و همه چیز مدام خراب میشود، می‌سوزد یا منفجر میشود، مطمئنم دلیلش این است که از مقاومت‌های منبع گیت استفاده نمی‌کنید، البته به شرطی که همه چیز را با دقت طراحی کرده باشید. مقاومت های GATE-SOURCE را هرگز فراموش نکنید. اگر علاقه مند هستید، می توانید تجربه من با آنها را اینجا بخوانید (من همچنین دلیل جلوگیری از آسیب دیدن مقاومت ها را توضیح می دهم).
