“ZVS drajver” (Zero Voltage Switching) je vrlo jednostavan i stoga prilično čest niskonaponski generator. Sastavlja se prema jednostavnoj shemi, a učinkovitost ovog rješenja može doseći 90% ili više. Za sastavljanje uređaja dovoljan je jedan induktor, par tranzistora s efektom polja, četiri otpornika, dvije diode, dvije zener diode i radni oscilirajući krug sa središnjom točkom na zavojnici. Možete i bez srednje točke, a o tome ćemo kasnije.
U mreži možete pronaći mnoge izvedbe ovog kruga, uključujući indukcijske grijače, indukcijska kuhala, visokonaponske transformatore i jednostavno visokofrekventne pretvarače napona. Krug nalikuje Royerovom generatoru, ali nije jedan. Pogledajmo kako ova shema funkcionira.
Kada se strujni krug primijeni struja, struja počinje teći do odvoda oba tranzistora s efektom polja, au isto vrijeme se kapacitivnost vrata puni kroz otpornike. Budući da tranzistori s efektom polja nisu potpuno identični, jedan od njih (primjerice Q1) se brže otvara i počinje provoditi struju, dok se vrata drugog tranzistora Q2 prazni kroz diodu D2, koja se tako drži čvrsto zatvorena.
Budući da je oscilirajući krug uključen u krug, napon na odvodu zatvorenog tranzistora s efektom polja Q2 prvo se povećava, ali zatim opada, prolazeći kroz nulu, u ovom trenutku vrata otvorenog tranzistora s efektom polja Q1 brzo se isprazne, i prvi otvoreni tranzistor Q1 sada je isključen, a budući da je sada zatvoren, tada njegov odvod više nije nula, a vrata drugog tranzistora Q2 brzo se ponovno pune kroz otpornik, a drugi tranzistor Q2 sada se otvara, dok pražnjenja vrata 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 će se način u krugu pojaviti sinusoidne samooscilacije. Prigušnica L1 ograničava opskrbnu struju i ublažava male sklopne udare.
Lako je primijetiti da se isključivanje oba tranzistora s efektom polja događa pri nultom naponu na njihovim odvodima, kada je struja u zavojnici petlje maksimalna, što znači da su gubici sklopke minimizirani, pa čak i sa snagom uređaja od 1 kW (na primjer, za), tipke trebaju samo male radijatore. To objašnjava veliku popularnost ove sheme.
Frekvencija vlastitih oscilacija može se jednostavno izračunati pomoću formule f = 1/(2π*√[L*C]), budući da induktivitet primarnog namota (ako se koristi spoj transformatora) i kapacitet kondenzatora tvore krug koji ima vlastitu rezonantnu frekvenciju. Važno je zapamtiti da će amplituda oscilacija biti približno 3,14 (Pi) puta veća od napona napajanja.
Ovdje su tipične komponente koje se koriste za sastavljanje: otpornici od pet vata od 470 ohma za ograničavanje struje punjenja vrata; dva otpornika od 10 kOhm za povlačenje vrata na minus; Zener diode za 12, 15 ili 18 volti, kako bi se vrata zaštitila od prekoračenja dopuštenog napona; i UF4007 diode za pražnjenje vrata kroz suprotne krakove kruga.
Tranzistori s efektom polja IRFP250 i IRFP260 dobro su prikladni za ovaj ZVS drajver. Naravno, ako je potrebno dodatno hlađenje, svaki tranzistor mora biti instaliran na zasebnom radijatoru, jer tranzistori ne rade istovremeno. Ako postoji samo jedan radijator, tada je obavezna upotreba izolacijskih podloga. Napajanje kruga ne smije premašiti 36 volti zbog normalnih ograničenja vrata.
Ako strujni krug nema središnju točku, jednostavno ugradite dvije prigušnice umjesto jedne na svaku ruku, a način rada ostaje isti, točno kao kod jedne leptira za gas.
U međuvremenu, proizvodi temeljeni na ovom ZVS samooscilirajućem krugu već su se pojavili na Aliexpressu, i s jednom prigušnicom i s dvije. Varijanta s dvije prigušnice posebno je prikladna kao rezonantno napajanje za grijaće induktore bez srednje točke.
Snažni MOSFET tranzistori s efektom polja su dobri za sve, osim jedne male nijanse - često ih je nemoguće spojiti izravno na pinove mikrokontrolera.
To je, prije svega, zbog činjenice da dopuštene struje za pinove mikrokontrolera rijetko prelaze 20 mA, a za vrlo brze sklopne MOSFET-ove (s dobrim rubovima), kada morate vrlo brzo napuniti ili isprazniti gate (koji uvijek ima neki kapacitet) , potrebne su struje za red veličine veće.
I, drugo, napajanje regulatora je obično 3 ili 5 volti, što, u načelu, omogućuje izravnu kontrolu samo male klase radnika na terenu (zvane logička razina). A s obzirom na to da obično napajanje regulatora i napajanje ostatka strujnog kruga imaju zajedničku negativnu žicu, ova se klasa svodi isključivo na N-kanalne terenske uređaje "logičke razine".
Jedno od rješenja u ovoj situaciji je korištenje posebnih mikrosklopova - pokretača, koji su precizno dizajnirani za provlačenje velikih struja kroz vrata polja. Međutim, ova opcija nije bez nedostataka. Prvo, vozači nisu uvijek dostupni u trgovinama, a drugo, prilično su skupi.
S tim u vezi, pojavila se ideja da se napravi jednostavan, jeftin, labav drajver koji bi se mogao koristiti za upravljanje N-kanalnim i P-kanalnim terenskim uređajima u bilo kojem niskonaponskom krugu, recimo do 20 volti. Pa, na sreću , ja sam, kao pravi radijski ovisnik, pun raznoraznog elektroničkog smeća, pa se nakon niza eksperimenata rodila ova shema:
- R 1 =2,2 kOhm, R 2 =100 Ohm, R 3 =1,5 kOhm, R 4 =47 Ohm
- D 1 - dioda 1N4148 (staklena bačva)
- T 1, T 2, T 3 - tranzistori KST2222A (SOT-23, oznaka 1P)
- T 4 - tranzistor BC807 (SOT-23, oznaka 5C)
Kapacitivnost između Vcc i Out simbolizira vezu sklopke polja P-kanala, kapacitivnost između Out i Gnd simbolizira vezu sklopke polja N-kanala (kapacitivnost vrata ovih sklopki polja).
Isprekidana linija dijeli krug na dva stupnja (I i II). U ovom slučaju prvi stupanj radi kao pojačalo snage, a drugi stupanj kao strujno pojačalo. Rad kruga je detaljno opisan u nastavku.
Tako. Ako se na ulazu In pojavi visoka razina signala, tada se tranzistor T1 otvara, tranzistor T2 zatvara (budući da potencijal na njegovoj bazi pada ispod potencijala na emiteru). Zbog toga se tranzistor T3 zatvara, a tranzistor T4 otvara i kroz njega se ponovno puni kapacitivnost vrata priključene sklopke polja. (Bazna struja tranzistora T4 teče stazom E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).
Ako se na ulazu In pojavi niska razina signala, tada se sve događa obrnuto - tranzistor T1 se zatvara, zbog čega se povećava bazni potencijal tranzistora T2 i on se otvara. To zauzvrat uzrokuje uključivanje tranzistora T3 i isključivanje tranzistora T4. Kapacitivnost vrata priključene sklopke polja ponovno se puni preko otvorenog tranzistora T3. (Bazna struja tranzistora T3 teče stazom Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3).
To je u biti cijeli opis, ali neke točke vjerojatno zahtijevaju dodatna objašnjenja.
Prvo, što su tranzistor T2 i dioda D1 u prvom stupnju? Ovdje je sve vrlo jednostavno. Nisam uzalud iznad napisao staze baznih struja izlaznih tranzistora za različita stanja kruga. Pogledajte ih ponovno i zamislite što bi se dogodilo da nema tranzistora T2 sa kabelskim snopom. U ovom slučaju, tranzistor T4 bi bio otključan velikom strujom (što znači baznom strujom tranzistora) koja teče iz Out izlaza kroz otvorene T1 i R2, a tranzistor T3 bi bio otključan malom strujom koja teče kroz otpornik R3. To bi rezultiralo vrlo dugim vodećim rubom izlaznih impulsa.
Pa, drugo, mnogi će vjerojatno biti zainteresirani zašto su potrebni otpornici R2 i R4. Utaknuo sam ih kako bih barem malo ograničio vršnu struju kroz baze izlaznih tranzistora, kao i da konačno izjednačim prednje i zadnje rubove impulsa.
Sastavljeni uređaj izgleda ovako:
Izgled drajvera je napravljen za SMD komponente, i to na način da se lako može spojiti na glavnu ploču uređaja (u okomitom položaju). Odnosno, na glavnu ploču možemo postaviti polumost ili nešto drugo, a preostaje samo vertikalno priključiti upravljačke ploče u ovu ploču na pravim mjestima.
Ožičenje ima neke osobitosti. Da bismo radikalno smanjili veličinu ploče, morali smo "malo netočno" usmjeriti tranzistor T4. Prije lemljenja na ploču potrebno ju je okrenuti licem prema dolje (označeno) i saviti noge u suprotnom smjeru (prema ploči).
Kao što vidite, trajanje frontova je praktički neovisno o razini napona napajanja i iznosi nešto više od 100 ns. Po mom mišljenju, prilično dobro za takav budžetski dizajn.
FET upravljački programi
MOSFET i IGBT tranzistorski pokretači su uređaji za upravljanje snažnim poluvodičkim elementima u izlaznim stupnjevima pretvarača električne energije. Koriste se kao posredna veza između upravljačkog kruga (kontroler ili digitalni procesor signala) i snažnih aktuatora.
Faze razvoja energetske (energetske) elektronike određene su napretkom tehnologija energetskih sklopki i njihovih upravljačkih krugova. Dominantan smjer u energetskoj elektronici je povećanje radnih frekvencija pretvarača koji ulaze u sklop sklopnih izvora napajanja. Pretvaranje električne energije na višim frekvencijama omogućuje poboljšanje specifičnih karakteristika težine i veličine impulsnih transformatora, kondenzatora i filterskih prigušnica. Dinamički i statički parametri energetskih uređaja stalno se poboljšavaju, ali snažnim sklopkama također je potrebno učinkovito upravljati. Snažni pogonski programi velike brzine MOSFET i IGBT tranzistora dizajnirani su za uravnoteženu interakciju između upravljačkog kruga i izlaznih stupnjeva. Driveri imaju visoke izlazne struje (do 9 A), kratka vremena porasta, vremena pada, kašnjenja i druge zanimljive osobine. Klasifikacija pokretača prikazana je na slici 2.15.
Slika 2.15 - Klasifikacija vozača
Driver mora imati najmanje jedan vanjski pin (dva u push-pull krugovima), što je obavezno. Može poslužiti ili kao predpulsno pojačalo ili izravno kao ključni element u prekidačkom napajanju.
Bipolarni tranzistori, MOS tranzistori i uređaji tipa trigger (tiristori, trijaci) mogu se koristiti kao upravljani uređaji u strujnim krugovima za različite namjene. Zahtjevi za vozača koji osigurava optimalnu kontrolu u svakom od ovih slučajeva su različiti. Pokretač bipolarnog tranzistora mora kontrolirati struju baze kada je uključen i osigurati resorpciju manjinskih nositelja u bazi tijekom faze isključivanja. Maksimalne vrijednosti kontrolne struje malo se razlikuju od prosječnih vrijednosti u odgovarajućem intervalu. MOS tranzistorom upravlja napon, međutim, na početku intervala uključivanja i isključivanja, vozač mora proći velike impulsne struje punjenja i pražnjenja kondenzatora uređaja. Uređaji tipa okidača zahtijevaju formiranje kratkog strujnog impulsa samo na početku intervala uključivanja, budući da se isključivanje (prebacivanje) za najčešće uređaje događa duž glavne, a ne kontrolne elektrode. Sve te zahtjeve moraju u određenoj mjeri ispuniti odgovarajući upravljački programi.
Slike 2.16...2.18 prikazuju tipične sklopove za spajanje bipolarnih i MOSFET tranzistora s efektom polja pomoću jednog tranzistora u pogonskom programu. To su takozvani sklopovi s pasivnim isključivanjem tranzistora snage. Kao što se može vidjeti sa slike, struktura pogonskih krugova je potpuno identična, što omogućuje korištenje istih krugova za upravljanje tranzistorima oba tipa. U ovom slučaju, resorpcija nosača nakupljenih u strukturi tranzistora događa se kroz pasivni element - vanjski otpornik. Njegov otpor, koji ranžira kontrolni prijelaz ne samo pri isključivanju, već i tijekom intervala uključivanja, ne može se odabrati premali, što ograničava brzinu resorpcije naboja.
Da biste povećali brzinu tranzistora i stvorili visokofrekventne sklopke, potrebno je smanjiti otpor kruga za resetiranje naboja. To se radi pomoću reset tranzistora, koji je uključen samo tijekom intervala pauze. Odgovarajući upravljački krugovi za bipolarne i MOS tranzistore prikazani su na slici 2.17.
Možda nakon čitanja ovog članka nećete morati instalirati radijatore iste veličine na tranzistore.
Prijevod ovog članka.
Kratka poruka prevoditelja:
Prvo, u ovom prijevodu mogu biti ozbiljni problemi s prijevodom pojmova, nisam dovoljno studirao elektrotehniku i dizajn sklopova, ali ipak nešto znam; Također sam pokušao sve prevesti što jasnije, tako da nisam koristio koncepte kao što su bootstrap, MOSFET itd. Drugo, ako je sada teško napraviti pravopisnu pogrešku (svaka čast procesorima teksta za označavanje pogrešaka), onda je prilično lako pogriješiti u interpunkciji.
A na ove dvije točke molim vas da me što jače šutnete u komentarima.
Sada razgovarajmo više o temi članka - uz svu raznolikost članaka o izgradnji raznih zemaljskih vozila (automobila) na MK, na Arduinu, na<вставить название>, dizajn samog strujnog kruga, a još manje strujni krug za spajanje motora, nije opisan dovoljno detaljno. Obično izgleda ovako:
- uzeti motor
- uzeti komponente
- spojite komponente i motor
- …
- PROFIT!1!
Ali za izgradnju složenijih sklopova od jednostavnog okretanja PWM motora u jednom smjeru kroz L239x, obično vam je potrebno znanje o punim mostovima (ili H-mostovima), o tranzistorima s efektom polja (ili MOSFET-ovima) i o pogonskim programima za njih. Ako nema ograničenja, tada možete koristiti p-kanalne i n-kanalne tranzistore za puni most, ali ako je motor dovoljno snažan, tada će p-kanalni tranzistori prvo morati biti obješeni s velikim brojem radijatora, tada će se dodati hladnjaci, ali ako ih je šteta potpuno izbaciti, onda možete pokušati s drugim vrstama hlađenja ili jednostavno koristiti samo n-kanalne tranzistore u krugu. Ali postoji mali problem s n-kanalnim tranzistorima - ponekad može biti prilično teško otvoriti ih "na prijateljski način".
Pa sam tražio nešto što bi mi pomoglo da napravim pravi dijagram i našao sam članak na blogu mladića po imenu Syed Tahmid Mahbub. Odlučio sam podijeliti ovaj članak.
U mnogim situacijama moramo koristiti FET-ove kao sklopke visoke razine. Također u mnogim situacijama moramo koristiti tranzistore s efektom polja kao prekidače i za gornju i za donju razinu. Na primjer, u strujnim krugovima mostova. U parcijalnim premosnim sklopovima imamo 1 MOSFET visoke razine i 1 MOSFET niske razine. U sklopovima punog mosta imamo 2 MOSFET-a visoke razine i 2 MOSFET-a niske razine. U takvim situacijama morat ćemo zajedno koristiti upravljačke programe visoke i niske razine. Najčešći način upravljanja tranzistorima s efektom polja u takvim slučajevima je korištenje pokretačkog sklopa niske i visoke razine za MOSFET-ove. Bez sumnje, najpopularniji upravljački čip je IR2110. A u ovom članku/udžbeniku govorit ću upravo o tome.
Dokumentaciju za IR2110 možete preuzeti s IR web stranice. Ovdje je poveznica za preuzimanje: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
Pogledajmo prvo blok dijagram, kao i opis i položaj pinova:
Slika 1 - Funkcionalni blok dijagram IR2110
Slika 2 - pinout IR2110
Slika 3 - Opis pinova IR2110
Također je vrijedno spomenuti da IR2110 dolazi u dva paketa - 14-pinski PDIP pinout i 16-pinski SOIC površinski nosač.
Razgovarajmo sada o raznim kontaktima.
VCC je izvor napajanja niske razine, trebao bi biti između 10 V i 20 V. VDD je logički izvor za IR2110, trebao bi biti između +3V i +20V (u odnosu na VSS). Stvarni napon koji odaberete ovisi o razini napona ulaznih signala. Evo grafikona:
Slika 4 - Ovisnost logike 1 o snazi
Obično se koristi VDD od +5V. Kada je VDD = +5V, ulazni prag logičke 1 je malo viši od 3V. Prema tome, kada je VDD = +5 V, IR2110 se može koristiti za kontrolu opterećenja kada je ulaz "1" viši od 3 (nekih) volta. To znači da se IR2110 može koristiti za gotovo sve krugove, budući da se većina krugova obično napaja na oko 5V. Kada koristite mikrokontrolere, izlazni napon će biti veći od 4V (uostalom, mikrokontroler često ima VDD = +5V). Kada koristite SG3525 ili TL494 ili neki drugi PWM kontroler, vjerojatno ćete ih morati napajati naponom većim od 10 V, što znači da će izlazi biti veći od 8 V na logičkoj jedinici. Stoga se IR2110 može koristiti gotovo svugdje.
Također možete smanjiti VDD na oko +4V ako koristite mikrokontroler ili bilo koji čip koji proizvodi 3.3V (npr. dsPIC33). Prilikom projektiranja sklopova s IR2110, primijetio sam da ponekad sklop ne radi ispravno kada je VDD IR2110 postavljen na manje od +4V. Stoga ne preporučam korištenje VDD ispod +4V. U većini mojih sklopova razine signala nemaju napon manji od 4V kao "1" i stoga koristim VDD = +5V.
Ako iz nekog razloga u krugu razina signala logičke "1" ima napon manji od 3 V, tada morate koristiti pretvarač razine / prevoditelj razine, on će podići napon do prihvatljivih granica. U takvim situacijama preporučujem povećanje na 4V ili 5V i korištenje IR2110 VDD = +5V.
Sada razgovarajmo o VSS i COM. VSS je zemlja za logiku. COM je "niska razina povratka" - u osnovi vozačeva niska razina tla. Može izgledati kao da su neovisni i netko bi mogao pomisliti da bi možda bilo moguće izolirati izlaze drajvera i logiku signala drajvera. Međutim, to bi bilo pogrešno. Iako nisu interno povezani, IR2110 je neizolirani pokretački program, što znači da VSS i COM moraju biti spojeni na masu.
HIN i LIN su logički ulazi. Visok signal na HIN znači da želimo kontrolirati visoku tipku, to jest, izlaz visoke razine se izvodi na HO. Nizak signal na HIN znači da želimo isključiti MOSFET visoke razine, to jest, HO je izlaz niske razine. Izlaz prema HO, visok ili nizak, ne uzima se u obzir u odnosu na masu, već u odnosu na VS. Uskoro ćemo vidjeti kako krugovi pojačala (dioda + kondenzator) koji koriste VCC, VB i VS daju promjenjivu snagu za pogon MOSFET-a. VS je plutajući povrat snage. Na visokoj razini, razina na HO jednaka je razini na VB, u odnosu na VS. Na niskoj razini, razina na HO je jednaka VS, u odnosu na VS, efektivno nula.
Visok LIN signal znači da želimo kontrolirati nisku sklopku, to jest, LO daje visoku razinu. Nizak LIN signal znači da želimo isključiti MOSFET niske razine, to jest, LO je izlaz niske razine. Izlaz u LO se smatra relativnim u odnosu na masu. Kada je signal visok, razina na LO je ista kao na VCC, u odnosu na VSS, efektivno uzemljen. Kada je signal nizak, razina u LO je ista kao u VSS, u odnosu na VSS, efektivno nula.
SD se koristi kao kontrola zaustavljanja. Kada je razina niska, IR2110 je uključen - funkcija zaustavljanja je onemogućena. Kada je ovaj pin visok, izlazi se isključuju, onemogućujući kontrolu nad IR2110.
Sada pogledajmo uobičajenu konfiguraciju s IR2110 za pogon MOSFET-a kao prekidača visokog i niskog stupnja - polumosni sklopovi.
Slika 5 - Osnovni sklop na IR2110 za kontrolu polumosta
D1, C1 i C2 zajedno s IR2110 čine krug pojačala. Kada je LIN = 1 i Q2 uključen, C1 i C2 se pune do razine VB, budući da se jedna dioda nalazi ispod +VCC. Kada je LIN = 0 i HIN = 1, naboj na C1 i C2 koristi se za dodavanje dodatnog napona, VB u ovom slučaju, iznad razine izvora Q1 za pogon Q1 u visokoj konfiguraciji prekidača. Na C1 mora biti odabran dovoljno veliki kapacitet tako da bude dovoljan da osigura potreban naboj Q1 tako da Q1 bude uključen cijelo vrijeme. C1 također ne bi trebao imati preveliki kapacitet, budući da će proces punjenja trajati dugo i razina napona se neće dovoljno povećati da MOSFET ostane uključen. Što je duže vrijeme potrebno u uključenom stanju, to je potreban veći kapacitet. Dakle, niža frekvencija zahtijeva veći kapacitet C1. Veći faktor punjenja zahtijeva veći kapacitet C1. Naravno, postoje formule za izračunavanje kapacitivnosti, ali za to morate znati mnoge parametre, a možda ne znamo neke od njih, na primjer, struju curenja kondenzatora. Dakle, samo sam procijenio približan kapacitet. Za niske frekvencije kao što je 50Hz, koristim kapacitet od 47uF do 68uF. Za visoke frekvencije kao što je 30-50kHz, koristim kapacitete u rasponu od 4,7uF do 22uF. Budući da koristimo elektrolitski kondenzator, paralelno s ovim kondenzatorom mora se koristiti keramički kondenzator. Keramički kondenzator nije potreban ako je kondenzator za pojačanje tantal.
D2 i D3 brzo prazne vrata MOSFET-a, zaobilazeći otpornike vrata i smanjujući vrijeme isključivanja. R1 i R2 su otpornici za ograničavanje struje.
MOSV može biti maksimalno 500V.
VCC bi trebao dolaziti iz izvora bez smetnji. Za filtriranje morate instalirati kondenzatore za filtriranje i odvajanje od +VCC do mase.
Pogledajmo sada neke primjere krugova s IR2110.
Slika 6 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski polumost
Slika 7 - Krug s IR2110 za visokonaponski puni most s neovisnom kontrolom ključa (može se kliknuti)
Na slici 7 vidimo IR2110 koji se koristi za kontrolu punog mosta. U tome nema ništa komplicirano i mislim da ovo već razumijete. Ovdje također možete primijeniti prilično popularno pojednostavljenje: povezujemo HIN1 s LIN2, a povezujemo HIN2 s LIN1, čime dobivamo kontrolu nad sva 4 ključa koristeći samo 2 ulazna signala, umjesto 4, što je prikazano na slici 8.
Slika 8 - Shema s IR2110 za visokonaponski puni most s ključnom kontrolom s dva ulaza (klikanje)
Slika 9 - Krug s IR2110 kao visokonaponskim pokretačem najviše razine
Na slici 9 vidimo IR2110 koji se koristi kao upravljački program visoke razine. Krug je prilično jednostavan i ima istu funkcionalnost kao što je gore opisano. Jedna stvar koju treba uzeti u obzir je da, budući da više nemamo prekidač niske razine, mora postojati opterećenje povezano od OUT-a na masu. Inače se kondenzator pojačala neće moći napuniti.
Slika 10 - Krug s IR2110 kao pokretačem niske razine
Slika 11 - Krug s IR2110 kao dvostrukim pokretačem niske razine
Ako imate problema sa svojim IR2110 i sve neprestano kvari, gori ili eksplodira, prilično sam siguran da je to zato što ne koristite otpornike izvora izvora, pod pretpostavkom da ste ga pažljivo dizajnirali, naravno. NIKADA NE ZABORAVITE NA OTPORNIKE GATE-SOURCE. Ako ste zainteresirani, ovdje možete pročitati moje iskustvo s njima (također objašnjavam zašto otpornici sprječavaju oštećenja).
Trenutno se MOSFET i IGBT tranzistori uglavnom koriste kao sklopke snage velike i srednje snage. Ako ove tranzistore smatramo opterećenjem za njihov upravljački krug, onda su to kondenzatori s kapacitetom od tisuća pikofarada. Za otvaranje tranzistora taj se kapacitet mora napuniti, a pri zatvaranju 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 viši napon vrata tranzistora, manji je otpor kanala za MOSFET ili niži napon zasićenja kolektor-emiter za IGBT tranzistore. Napon praga za otvaranje tranzistora obično je 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 ni u ovom slučaju, kapacitivnost vrata 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.
Kako bi se kapacitivnost vrata brzo napunila i tranzistor otvorio, potrebno je da vaš upravljački krug može osigurati što je moguće veću struju punjenja tranzistora. Kapacitivnost vrata tranzistora može se saznati iz podataka o putovnici za proizvod, a pri izračunavanju trebate uzeti Cvx = Ciss.
Na primjer, uzmimo MOSFET tranzistor IRF740. Ima sljedeće karakteristike koje nas zanimaju:
Vrijeme otvaranja (vrijeme porasta - Tr) = 27 (ns)
Vrijeme zatvaranja (vrijeme pada - Tf) = 24 (ns)
Ulazni kapacitet - Ciss = 1400 (pF)
Maksimalnu struju otvaranja tranzistora izračunavamo kao:
Određujemo maksimalnu struju zatvaranja tranzistora koristeći isti princip:
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 takvim tranzistorom nije moguće upravljati izravno iz kontrolera, napominjem da će maksimalni napon koji regulator može dati biti unutar 5 volti, a maksimalna struja unutar 50 mA. Izlaz kontrolera će biti preopterećen, a tranzistor će pokazati Millerov efekt, a vaš sklop će vrlo brzo otkazati, jer će se netko, bilo kontroler ili tranzistor, prvi pregrijati.
Stoga je potrebno odabrati pravi vozač.
Driver je pulsno pojačalo snage i dizajnirano je za upravljanje prekidačima napajanja. Pokretači mogu biti gornje i donje tipke odvojeno ili kombinirani u jedno kućište u gornji i donji pokretač tipke, na primjer, kao što su IR2110 ili IR2113.
Na temelju gore navedenih informacija, moramo odabrati pokretački program koji može održavati struju vrata tranzistora Ig = 622 mA.
Stoga ćemo koristiti IR2011 pokretački program koji može podržati struju vrata Ig = 1000 mA.
Također je potrebno uzeti u obzir maksimalni napon opterećenja koji će sklopke prebaciti. U ovom slučaju jednak je 200 volti.
Sljedeći vrlo važan parametar je brzina zaključavanja. Ovo eliminira protok prolaznih struja u push-pull krugovima prikazanim na donjoj slici, što uzrokuje gubitke i pregrijavanje.
Ako pažljivo pročitate početak članka, tada prema podacima o putovnici tranzistora možete vidjeti da bi vrijeme zatvaranja trebalo biti manje od vremena otvaranja i, prema tome, struja isključivanja trebala bi biti veća od struje otvaranja Ako >Ir. Moguće je osigurati veću struju zatvaranja smanjenjem otpora Rg, ali tada će se povećati i struja otvaranja, što će utjecati na veličinu prenapona sklopke pri isključivanju, ovisno o brzini opadanja struje di/dt. S ove točke gledišta, povećanje brzine prebacivanja je uvelike negativan čimbenik koji smanjuje pouzdanost uređaja.
U ovom slučaju, iskoristit ćemo izvanredno svojstvo poluvodiča da struju propuštaju u jednom smjeru i ugraditi diodu u sklop vrata koja će propuštati struju isključivanja tranzistora If.
Dakle, struja vrata Ir teći će kroz otpornik R1, a struja vrata If će teći kroz diodu VD1, a budući da je otpor p–n spoja diode mnogo manji od otpora otpornika R1, tada If>Ir . Da isklopna struja ne prijeđe svoju vrijednost, serijski s diodom spojimo otpornik čiji ćemo otpor odrediti zanemarivanjem otpora diode u otvorenom stanju.
Uzmimo najbliži manji iz standardne serije E24 R2=16 Ohm.
Sada pogledajmo što znače nazivi pokretača gornje i donje tipke.
Poznato je da se MOSFET i IGBT tranzistori upravljaju naponom, odnosno naponom vrata-izvora (Gate-Source) Ugs.
Što su gornja i donja tipka? Slika ispod prikazuje dijagram polumosta. Ovaj sklop sadrži gornje i donje ključeve, VT1 i VT2. Gornja sklopka VT1 povezana je odvodom s pozitivnim napajanjem Vcc, a sorsom s opterećenjem i mora se otvoriti naponom dovedenim u odnosu na sors. Donji ključ, odvod je spojen na opterećenje, a izvor je spojen na negativ napajanja (uzemljenje), i mora se otvoriti naponom dovedenim u odnosu na masu.
A ako je s donjim ključem sve vrlo jasno, na njega nanesite 12 volti - otvara se, na njega nanesite 0 volti - zatvara se, a zatim za gornji ključ trebate poseban krug koji će ga otvoriti u odnosu na napon na izvoru tranzistora. Ova shema je već implementirana unutar upravljačkog programa. Sve što trebamo je dodati pojačivački kapacitet C2 drajveru, koji će se puniti naponom napajanja drajvera, ali u odnosu na izvor tranzistora, kao što je prikazano na slici ispod. Ovim naponom će se gornji ključ otključati.
Ovaj je krug prilično izvediv, ali korištenje pojačanog kapaciteta omogućuje mu rad u uskim rasponima. Ovaj kapacitet se puni kada je donji tranzistor otvoren i ne može biti prevelik ako krug mora raditi na visokim frekvencijama, a također ne može biti premalen kada radi na niskim frekvencijama. To jest, s ovim dizajnom, ne možemo držati gornji prekidač otvorenim na neodređeno vrijeme; zatvorit će se odmah nakon što se kondenzator C2 isprazni, ali ako koristimo veći kapacitet, tada se možda neće imati vremena ponovno napuniti do sljedećeg razdoblja rada kondenzatora tranzistor.
Više puta smo se susreli s ovim problemom i vrlo često smo morali eksperimentirati s odabirom pojačivača kapacitivnosti pri promjeni frekvencije prebacivanja ili algoritma rada kruga. Problem je riješen s vremenom i to vrlo jednostavno, na najpouzdaniji i “skoro” jeftin način. Dok smo proučavali tehničku referencu za DMC1500, zainteresirali smo se za svrhu P8 konektora.
Nakon pažljivog čitanja priručnika i temeljitog razumijevanja kruga cijelog pogona, pokazalo se da je ovo konektor za spajanje zasebnog, galvanski izoliranog napajanja. Spojimo minus napajanja na izvor gornje sklopke, a plus na ulaz Vb drajvera i pozitivnu nogu booster kapacitivnosti. Dakle, kondenzator se stalno puni, što omogućuje da gornja tipka ostane otvorena koliko god je potrebno, bez obzira na stanje donje tipke. Ovaj dodatak shemi omogućuje implementaciju bilo kojeg algoritma za prebacivanje ključa.
Kao izvor napajanja za punjenje kapacitivnosti pojačala možete koristiti ili konvencionalni transformator s ispravljačem i filtrom ili DC-DC pretvarač.
