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

Kratka poruka prevoditelja:

Prvo, u ovaj prijevod mogu biti ozbiljni problemi s prijevodom pojmova, nisam dovoljno studirao elektrotehniku ​​i projektiranje 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 pravopis sada teško pogriješiti (pohvala programi za obradu teksta označavanje pogrešaka), tada 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 Vozilo pogled s tla (automobili) 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 izgraditi više složeni sklopovi Umjesto jednostavnog okretanja PWM motora u jednom smjeru kroz L239x, obično je potrebno znanje o punim mostovima (ili H-mostovima), tranzistorima s efektom polja (ili MOSFET-ovima) i, dobro, upravljačkim programima za njih. Ako ga ništa ne ograničava, tada možete koristiti p-kanalne i n-kanalne tranzistore za puni most, ali ako je motor dovoljno snažan, tada će se prvo morati izvagati p-kanalni tranzistori veliki iznos radijatore, zatim dodajte hladnjake, ali ako ih je šteta baciti, onda možete isprobati druge vrste 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 vrhunska razina. 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 bit će 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. Slab 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.

Visoki LIN signal znači da želimo kontrolirati nisku sklopku, to jest, izlaz visoke razine izvodi se na LO. 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 na u ovom slučaju, iznad razine izvora Q1 za kontrolu Q1 u konfiguraciji gornji ključ. Dovoljno velik kapacitet mora biti odabran na C1 tako da je dovoljan za pružanje potrebna naknada za Q1, tako da je Q1 uključen sve ovo 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 elektrolitički kondenzator, onda bi trebalo koristiti keramički kondenzator paralelno s ovim kondenzatorom. Keramički kondenzator nije potrebno ako je kondenzator za pojačanje tantalski.

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 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski puni most s samostalno upravljao tipke (mogu 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 - Shema s IR2110 as visokonaponski pokretač vrhunska razina

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).

Vozači tranzistori s efektom polja

MOSFET i IGBT tranzistorski pokretači - uređaji za upravljanje snažnim poluvodički uređaji u izlaznim stupnjevima pretvarača električna energija. Koriste se kao posredna veza između upravljački krug(kontroler ili digitalni procesor signala) i snažni aktuatori.

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 u više visoke frekvencije omogućuje vam da poboljšate karakteristike specifične težine i veličine impulsnih transformatora, kondenzatora i filterskih prigušnica. Dinamičan i statički parametri uređaji za napajanje stalno se poboljšavaju, ali moćne tipke također moraju biti učinkovito kontrolirane. 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 zanimljivosti razlikovna obilježja. Klasifikacija pokretača prikazana je na slici 2.15.

Slika 2.15 - Klasifikacija vozača

Vozač mora imati barem, jedan vanjski izlaz(u push-pull sklopovima postoje dva), što je obavezno. Može služiti kao predimpulsno pojačalo ili izravno ključni element kao dio sklopnog napajanja.

Kao kontrolirani uređaj u strujni krugovi za razne namjene mogu se koristiti bipolarni tranzistori, MOS tranzistori i uređaji tipa okidača (tiristori, trijaci). Zahtjevi za obavljanje vozača optimalna kontrola u svakom od ovih slučajeva su različiti. Vozač bipolarni tranzistor mora kontrolirati struju baze kada je uključena i osigurati resorpciju manjinskih nositelja u bazi tijekom faze isključivanja. Maksimalne vrijednosti Kontrolne struje malo se razlikuju od onih prosječnih u odgovarajućem intervalu. MOS tranzistor je kontroliran naponom, ali na početku intervala uključivanja i isključivanja vozač mora proći veliki impulsne struje kapacitet uređaja za punjenje i pražnjenje. 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.

Trenutno MOSFET-ovi i IGBT tranzistori. 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; predstavit ću što maksimalni napon koju kontroler može osigurati bit će unutar 5 volti, a maksimalna struja bit će 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.
Dalje, 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 uvelike je 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. Ova shema sadrži gornju i donju tipku, VT1 odnosno 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 niske frekvencije. 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.

“ZVS drajver” (Zero Voltage Switching) je vrlo jednostavan i stoga prilično čest niskonaponski generator. Sastavljen je prema jednostavnoj shemi, dok je učinkovit ovu odluku može doseći 90% i 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.

Na mreži možete pronaći mnoge izvedbe ovog kruga, uključujući indukcijske grijače, indukcijska kuhala, visokonaponske transformatore i samo visokofrekventni pretvarači napon. 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 shema uključuje oscilatorni krug, napon na odvodu zatvorenog tranzistora s efektom polja Q2 prvo raste, ali zatim opada, prolazeći kroz nulu, u kojem trenutku se vrata otvorenog tranzistora s efektom polja Q1 brzo isprazne, i prvi otvoriti tranzistor Q1 sada je isključen, a budući da je sada zaključan, njegov odvod više nije nula, a vrata drugog tranzistora Q2 se brzo ponovno pune kroz otpornik, a drugi tranzistor Q2 je sada otvoren, dok se prazni vrata tranzistor 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 vidjeti da su oba tranzistora s efektom polja isključena kada nulti napon na njihovim odvodima, kada je struja u zavojnici petlje maksimalna, što znači da su gubici pri prebacivanju minimizirani, pa čak i uz snagu uređaja od 1 kW (na primjer, za), ključevi 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 tipične komponente koji 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, tada svaki tranzistor mora biti instaliran na zasebnom radijatoru, budući da 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.

Driver je pojačalo snage i namijenjen je izravnom upravljanju prekidačem napajanja (ponekad tipkama) pretvarača. On mora pojačati upravljački signal u smislu snage i napona te po potrebi osigurati njegov pomak potencijala.

Izlazni čvor pokretačkog programa koji upravlja izoliranim vratima (MOSFET, IGBT tranzistori) mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

MOS tranzistori i IGBT uređaji su naponski upravljani uređaji, ali da bi se ulazni napon povećao na optimalnu razinu (12-15 V), potrebno je osigurati odgovarajući naboj u krugu vrata.

Kako bi se ograničila brzina porasta struje i smanjio dinamički šum, potrebno je koristiti serijske otpore u krugu vrata.

Pogonski programi za upravljanje složenim pretvorbenim sklopovima sadrže velik broj elemenata pa se proizvode u obliku integriranih sklopova. Ovi mikrosklopovi, osim pojačala snage, sadrže i sklopove za pretvorbu razine, pomoćnu logiku, krugove kašnjenja za formiranje "mrtvog" vremena, kao i niz zaštita, na primjer, od prekostrujnog i kratkog spoja, podnapona i niz drugih . Mnoge tvrtke proizvode veliki funkcionalni raspon: pogonske sklopove donjeg sklopnog mosta, pogonske sklopove gornjeg mosta, pogonske sklopove gornjeg i donjeg sklopa s neovisnom kontrolom svakog od njih, pogonske sklopove polumosnog sklopa, koji često imaju samo jedan upravljački ulaz i mogu se koristiti za simetrične zakon upravljanja, pokretači za upravljanje svim tranzistorima u premosnom krugu.

Tipični krug za povezivanje vozača gornjeg i donjeg ključa iz International Rectifier IR2110 s principom napajanja bootstrap prikazan je na slici 3.1, a. Oba ključa se kontroliraju neovisno. Razlika između ovog drajvera i drugih je u tome što IR2110 ima dodatni krug za pretvorbu razine u donjem i gornjem kanalu, što vam omogućuje da odvojite napajanje logike mikro kruga od napona napajanja drajvera po razini. Također sadrži zaštitu od niskog napona napajanja vozača i visokonaponskog "plutajućeg" izvora.

Kondenzatori C D, C C dizajnirani su za suzbijanje visokofrekventnih smetnji u logičkim i pogonskim strujnim krugovima. Visokonaponski plutajući izvor formiran je od kondenzatora C1 i diode VD1 (bootstrap napajanje).

Izlazi drajvera spojeni su na tranzistore snage pomoću otpornika vrata R G1 i R G2.

Budući da je pokretač izgrađen na elementima polja i ukupna snaga potrošena na upravljanje je beznačajna, kondenzator C1 se može koristiti kao izvor napajanja za izlazni stupanj, koji se puni iz napajanja U PIT preko visokofrekventne diode VD1. Kondenzator C1 i dioda VD1 zajedno tvore visokonaponsko "plutajuće" napajanje dizajnirano za upravljanje gornjim tranzistorom VT1 postolja mosta. Kada donji tranzistor VT2 provodi struju, izvor gornjeg tranzistora VT1 spojen je na zajedničku strujnu žicu, dioda VD1 se otvara i kondenzator C1 se puni na napon U C1 = U PIT - U VD1. Naprotiv, kada donji tranzistor prijeđe u zatvoreno stanje i gornji tranzistor VT2 se počne otvarati, dioda VD1 je podržana obrnutim naponom izvor napajanja prehrana. Kao rezultat toga, izlazni stupanj pokretača počinje se napajati isključivo strujom pražnjenja kondenzatora C1. Dakle, kondenzator C1 stalno "šeće" između zajedničke žice kruga i žice napajanja (točka 1).

Kada koristite upravljački program IR2110 s napajanjem za pokretanje Posebna pažnja treba obratiti pozornost na izbor elemenata visokonaponskog "plutajućeg" izvora. Dioda VD1 mora izdržati visoki povratni napon (ovisno o napajanju kruga), dopuštenu struju naprijed od približno 1 A, vrijeme oporavka t rr = 10-100 ns, tj. biti brz. U literaturi se preporučuje dioda SF28 (600 V, 2 A, 35 ns), kao i diode UF 4004...UF 4007, UF 5404...UF 5408, HER 105... HER 108, HER 205... HER 208 i druge “ultra-brze” klase.

Pogonski krug je dizajniran na takav način da visoka logička razina signal na bilo kojem ulazu HIN i ​​LIN odgovara istoj razini na svom izlazu HO i LO (vidi sliku 3.1 b, zajednički način rada). Pojava logičkog signala visoke razine na SD ulazu dovodi do blokiranja tranzistora stalka mosta.

Preporučljivo je koristiti ovaj mikro krug za upravljanje inverterskim sklopkama s PWM regulacijom izlaznog napona. Mora se imati na umu da je u sustavu upravljanja potrebno osigurati vremenska kašnjenja ("mrtvo" vrijeme) kako bi se spriječile prolazne struje pri prebacivanju tranzistora mostnog nosača (VT1, VT2 i VT3, VT4, sl. 1.1).

Kapacitet C1 je početni kapacitet, čija se minimalna vrijednost može izračunati pomoću formule:

Gdje Q 3 – vrijednost naboja vrata snažnog prekidača (referentna vrijednost);

ja Pete– struja potrošnje pogonskog programa u statičkom načinu rada (referentna vrijednost, obično ja Pete ≈ ja G c T snažan ključ);

Q 1 – ciklička promjena u naboju pokretača (za 500-600-voltne pogone 5 nK);

V P– napon napajanja pogonskog kruga;

– pad napona na bootstrap diodi VD1;

T– razdoblje prebacivanja snažnih tipki.

sl.3.1. Tipični dijagram strujnog kruga za uključivanje drajvera IR2110 (a) i vremenski dijagrami njegovih signala na ulazima i izlazima (b)

V DD – logičko napajanje mikrosklopa;

V SS – zajednička točka logičkog dijela drajvera;

HIN, LIN – logički ulazni signali koji kontroliraju gornji odnosno donji tranzistor;

SD – logički ulaz za onemogućavanje upravljačkog programa;

V CC – napon napajanja pokretača;

COM – negativan pol napajanje V CC ;

HO, LO – izlazni signali drajvera koji upravljaju gornjim odnosno donjim tranzistorima;

V B – napon napajanja visokonaponskog “plutajućeg” izvora;

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

Rezultirajuća vrijednost bootstrap kapacitivnosti mora se povećati 10-15 puta (obično C unutar 0,1-1 μF). To bi trebao biti visokofrekventni kapacitet s malom strujom curenja (idealno tantal).

Otpornici RG 1, RG 2 određuju vrijeme uključivanja snažnih tranzistora, a diode VD G 1 i VD G 2, zaobilazeći ove otpornike, smanjuju vrijeme isključivanja na minimalne vrijednosti. Otpornici R 1, R 2 imaju malu vrijednost (do 0,5 Ohma) i izjednačavaju širenje ohmičkog otpora duž zajednički autobus kontrole (potrebno ako je snažna sklopka paralelna veza manje snažnih tranzistora).

Prilikom odabira vozača za snažni tranzistori treba uzeti u obzir:

Zakon upravljanja snažnim tranzistorima:

Za simetrični zakon, prikladni su visoki i niski pokretači prekidača i polumostni pokretači;

Jednostrani zakon zahtijeva pokretače gornje i donje tipke s neovisnom kontrolom svake snažne tipke. Pokretači s transformatorskom galvanskom izolacijom nisu prikladni za asimetrični zakon.

Parametri snažnog ključa (I to ili I drain).

Obično se koristi približan pristup:

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

I out dr max =3 A – upravljajte snažnim VT sa strujom do 150 A (inače se vrijeme uključivanja i isključivanja značajno povećava i gubici snage za prebacivanje se povećavaju), i.e. Ako je visokokvalitetni tranzistor pogrešno odabran, gubi svoje glavne prednosti.

Računovodstvo za dodatne funkcije.

Tvrtke proizvode upravljačke programe s brojnim servisnim funkcijama:

Razne snažne zaštite ključeva;

Podnaponska zaštita vozača;

S ugrađenim bootstrap diodama;

S podesivim i nepodesivim vremenom odgode za uključivanje snažnog VT u odnosu na trenutak isključivanja drugog (borba kroz struje u polumostu);

Sa ili bez ugrađenog galvanskog odvajanja. U potonji slučaj na ulazu vozača potrebno je spojiti mikrokrug galvanske izolacije (najčešće visokofrekventni diodni optokapler);

U fazi ili protufazi;

Napajanje vozača (potrebno je izvorno napajanje ili tri galvanski odvojena napajanja).

Ako je nekoliko vrsta pokretača ekvivalentno, prednost treba dati onima koji prebacuju struju vrata snažnih tranzistora pomoću bipolarnih VT. Ako ovu funkciju obavljaju tranzistori s efektom polja, tada može doći do kvarova u radu pokretača pod određenim okolnostima (preopterećenja) zbog "zaključnog" učinka okidača.

Nakon odabira tipa pokretača (i njegovih podataka), potrebne su mjere za suzbijanje prolaznih struja u polumostu. Standardna metoda je trenutno isključivanje snažnog ključa i uključivanje zaključanog s odgodom. U tu svrhu koriste se diode VD G 1 i VD G 2, koje pri zatvaranju VT zaobilaze otpornike vrata, a proces isključivanja bit će brži od otključavanja.

Uz ranžiranje otpornika vrata R G 1 i R G 2 pomoću dioda (VD G 1, VD G 2, sl. 3.1) za borbu protiv struja u P-krugu moćne kaskade, tvrtke proizvode integrirane pokretače koji su asimetrični u izlazna sklopna struja VT ja drugi izlaz m ah na uključivanje i isključivanje ja drugi izlaz m ah isključeno(Na primjer ja drugi izlaz m ah na=2A, ja drugi izlaz m ah isključeno=3A). Ovo postavlja asimetrične izlazne otpore mikro kruga, koji su povezani u seriju s otpornicima vrata R G 1 i R G 2.

,
.

gdje su sve vrijednosti u formulama referentni podaci za određeni upravljački program.

Za simetrični (strujni) pokretač vrijedi sljedeća jednakost:

.

Dakle, kako bi se spriječila pojava prolaznih struja, potrebno je odabrati ukupnu vrijednost otpora u krugu vrata (zbog
, i, sukladno tome, podešavanje struje punjenja kapacitivnosti vrata VT), kašnjenje uključivanja
tranzistor veće ili jednako vremenu potrebnom za zatvaranje VT

Gdje
– vrijeme opadanja struje odvoda (referentna vrijednost);

– vrijeme odgode početka isključivanja VT u odnosu na trenutak primjene napona blokiranja na vrata, ovisno o vrijednosti struje pražnjenja vrata (sukladno tome, ovisi o ukupnom otporu u krugu vrata). Kod shunt gate dioda (VD G 1, VD G 2, sl. 3.1), struja pražnjenja je jedinstveno određena otporom
. Stoga, za utvrđivanje
riješite sljedeći omjer

(odgovara) –

(odgovara) –

Ako je podešena vrijednost
bit će ih za red veličine više
, onda to ukazuje na pogrešan izbor vrste pokretača u smislu snage (veliki
) i to popravlja rad snažnih tipki na gore. Za konačno utvrđivanje vrijednosti
možete koristiti tehničke referentne podatke moćnog VT-a. U tu svrhu sastavlja se omjer

(odgovara) –

(odgovara) –

(Ako rješenje daje vrijednost R G 1 s negativnim predznakom, tada će odgoda uključivanja biti osigurana s rezervom izlaznom impedancijom pokretača).

Kako bi olakšali borbu protiv prolaznih struja, neki proizvođači već u fazi proizvodnje osiguravaju da je t isključen< t вкл (например, сборка – полумост СМ35084-5F фирмы Mitsubishi Elektric с dinamički parametri: t uključeno = 1,1 ms, t uključeno = 2,4 ms, t isključeno = 0,9 ms, t isključeno = 0,5 ms).

Diode VD G 1 i VD G 2 moraju biti visokofrekventne i s rezervom izdržati napon napajanja vozača.

Za borbu protiv prolaznih struja (za simetrični zakon upravljanja), možete odabrati željeni pokretač polumosta (ako je prikladan za druge parametre), čije je vrijeme kašnjenja podesivo u rasponu od 0,4...5 μs (na primjer, IR upravljački programi kao što su IR2184 ili IR21844), ako je njihovo kašnjenje veće ili jednako t off.

Zaključno, vrijedi napomenuti da umjesto starih modifikacija upravljačkih programa, tvrtke proizvode nove tipove koji su kompatibilni sa starim, ali mogu imati dodatne servisne funkcije (obično ugrađene bootstrap diode, ili bolje rečeno, bootstrap tranzistori koji obavljaju funkciju dioda kojih prije nije bilo). Na primjer, upravljački program IR2011 je ukinut i zamijenjen novim IRS2011 ili IR2011S (u različitim priručnicima unos je dvosmislen).