Il “driver ZVS” (Zero Voltage Switching) è un generatore di bassa tensione molto semplice e quindi abbastanza comune. È assemblato secondo uno schema semplice, mentre l'efficienza questa decisione può raggiungere il 90% e oltre. Per assemblare il dispositivo sono sufficienti un induttore, una coppia di transistor ad effetto di campo, quattro resistori, due diodi, due diodi zener e un circuito oscillante funzionante con un punto medio sulla bobina. Puoi fare a meno del punto centrale e ne parleremo più tardi.

Puoi trovare molte implementazioni di questo circuito sulla rete, inclusi riscaldatori a induzione, cucine a induzione, trasformatori ad alta tensione e solo convertitori ad alta frequenza voltaggio. Il circuito ricorda un generatore Royer, ma non lo è. Diamo un'occhiata a come funziona questo schema.

Quando viene applicata l'alimentazione al circuito, la corrente inizia a fluire verso gli scarichi di entrambi i transistor ad effetto di campo, allo stesso tempo le capacità di gate vengono caricate attraverso i resistori. Poiché i transistor ad effetto di campo non sono del tutto identici, uno di essi (ad esempio Q1) si apre più velocemente e inizia a condurre corrente, mentre il gate dell'altro transistor Q2 viene scaricato attraverso il diodo D2, che viene così mantenuto saldamente chiuso.

Poiché lo schema include circuito oscillatorio, la tensione al drain del transistor ad effetto di campo chiuso Q2 aumenta prima, ma poi diminuisce, passando per zero, in quel momento il gate del transistor ad effetto di campo aperto Q1 si scarica rapidamente e aprire prima il transistor Q1 è ora spento, ed essendo ora bloccato, il suo drain non è più zero, ed il gate del secondo transistor Q2 si ricarica velocemente attraverso il resistore, ed il secondo transistor Q2 è ora aperto, scaricando il gate di transistor Q1 attraverso il diodo D1.

Dopo mezzo periodo, tutto si ripete esattamente al contrario: il secondo transistor si chiuderà e il primo si aprirà, ecc. In questo modo nel circuito appariranno auto-oscillazioni sinusoidali. L'induttanza L1 limita la corrente di alimentazione e attenua i piccoli picchi di commutazione.

È facile vedere che entrambi i transistor ad effetto di campo sono spenti quando tensione zero ai loro scarichi, quando la corrente nella bobina del circuito è massima, il che significa che le perdite di commutazione sono ridotte al minimo, e anche con una potenza del dispositivo di 1 kW (ad esempio, per), le chiavi necessitano solo di piccoli radiatori. Ciò spiega la grande popolarità di questo schema.

La frequenza delle autooscillazioni può essere facilmente calcolata utilizzando la formula f = 1/(2π*√[L*C]), poiché l'induttanza dell'avvolgimento primario (se viene utilizzato un collegamento a trasformatore) e la capacità del condensatore formano un circuito che ha una propria frequenza di risonanza. È importante ricordare che l'ampiezza delle oscillazioni sarà circa 3,14 (Pi) volte maggiore della tensione di alimentazione.

Qui componenti tipici che servono per il montaggio: resistenze da 5 watt 470 Ohm per limitare la corrente che carica i gate; due resistenze da 10 kOhm per portare i cancelli al negativo; Diodi Zener per 12, 15 o 18 volt, per proteggere i cancelli dal superamento della tensione consentita; e diodi UF4007 per scaricare le porte attraverso i bracci opposti del circuito.

I transistor ad effetto di campo IRFP250 e IRFP260 sono particolarmente adatti per questo driver ZVS. Naturalmente, se necessario raffreddamento aggiuntivo, quindi ciascun transistor deve essere installato su un radiatore separato, poiché i transistor non funzionano contemporaneamente. Se è presente un solo radiatore è obbligatorio l'uso di supporti isolanti. L'alimentazione del circuito non deve superare i 36 volt a causa delle normali limitazioni del gate.

Se il circuito non ha un punto centrale, è sufficiente installare due strozzatori invece di uno su ciascun braccio e la modalità operativa rimane la stessa, esattamente come con un acceleratore.

Nel frattempo, su Aliexpress sono già apparsi prodotti basati su questo circuito autooscillante ZVS, sia con uno starter che con due. La variante con due induttanze è particolarmente conveniente come alimentazione risonante per induttori di riscaldamento senza punto medio.

I potenti transistor ad effetto di campo MOSFET fanno bene a tutti, tranne che per una piccola sfumatura: spesso è impossibile collegarli direttamente ai pin del microcontrollore.

Ciò è dovuto, in primo luogo, al fatto che correnti ammissibili per i pin del microcontrollore raramente superano i 20 mA e per molto commutazione rapida I MOSFET (con buoni fronti), quando è necessario caricare o scaricare molto rapidamente il gate (che ha sempre una certa capacità), richiedono correnti di un ordine di grandezza maggiori.

E, in secondo luogo, l'alimentazione del controller è solitamente di 3 o 5 Volt, il che, in linea di principio, consente il controllo diretto solo da parte di una piccola classe di operatori sul campo (chiamati livello logico - con livello logico gestione). E considerando che solitamente l’alimentazione del controllore e l’alimentazione del resto del circuito hanno un filo negativo comune, questa classe si riduce esclusivamente ai dispositivi di campo a “livello logico” a canale N.

Una delle soluzioni in questa situazione è l'uso di microcircuiti speciali: driver progettati appositamente per attirare grandi correnti attraverso le porte del campo. Tuttavia, questa opzione non è priva di inconvenienti. In primo luogo, i driver non sono sempre disponibili nei negozi e, in secondo luogo, sono piuttosto costosi.

A questo proposito, è nata l'idea di realizzare un driver semplice, economico e sciolto che potesse essere utilizzato per controllare dispositivi di campo sia a canale N che a canale P in qualsiasi circuito a bassa tensione, diciamo fino a 20 volt. , Io, come un vero drogato della radio, pieno di ogni sorta di spazzatura elettronica, quindi dopo una serie di esperimenti è nato questo schema:

1. R1 =2,2 kOhm, R2 =100 Ohm, R3 =1,5 kOhm, R4 =47 Ohm
2. D 1 - diodo 1N4148 (barile di vetro)
3. T 1, T 2, T 3 - transistor KST2222A (SOT-23, marcatura 1P)
4. T 4 - transistor BC807 (SOT-23, marcatura 5C)

La capacità tra Vcc e Out simboleggia il collegamento di un interruttore di campo a canale P, la capacità tra Out e Gnd simboleggia il collegamento di un interruttore di campo a canale N (la capacità di gate di questi interruttori di campo).

La linea tratteggiata divide il circuito in due stadi (I e II). In questo caso il primo stadio funziona come amplificatore di potenza e il secondo stadio come amplificatore di corrente. Il funzionamento del circuito è descritto in dettaglio di seguito.

COSÌ. Se viene visualizzato l'ingresso In alto livello segnale, quindi il transistor T1 si apre, il transistor T2 si chiude (poiché il potenziale alla sua base scende al di sotto del potenziale sull'emettitore). Di conseguenza, il transistor T3 si chiude e il transistor T4 si apre e attraverso di esso viene ricaricata la capacità di gate dell'interruttore di campo collegato. (La corrente di base del transistor T4 scorre lungo il percorso E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).

Se all'ingresso In appare un livello di segnale basso, tutto accade al contrario: il transistor T1 si chiude, a seguito del quale il potenziale di base del transistor T2 aumenta e si apre. Ciò a sua volta provoca l'accensione del transistor T3 e lo spegnimento del transistor T4. La capacità di gate dell'interruttore di campo collegato viene ricaricata attraverso il transistor aperto T3. (La corrente di base del transistor T3 scorre lungo il percorso Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3).

Questa è sostanzialmente l'intera descrizione, ma alcuni punti probabilmente richiedono ulteriori spiegazioni.

Innanzitutto, cosa sono il transistor T2 e il diodo D1 nel primo stadio? Qui è tutto molto semplice. Non per niente ho scritto sopra i percorsi per il flusso delle correnti di base dei transistor di uscita stati diversi schema. Guardali di nuovo e immagina cosa accadrebbe se non ci fosse il transistor T2 con il cablaggio. In questo caso, il transistor T4 verrebbe sbloccato da una grande corrente (ovvero la corrente di base del transistor) che fluisce dall'uscita Out attraverso T1 e R2 aperti, e il transistor T3 verrebbe sbloccato da una piccola corrente che fluisce attraverso il resistore R3. Ciò comporterebbe un fronte anteriore molto lungo degli impulsi di uscita.

Bene, in secondo luogo, molti probabilmente saranno interessati al motivo per cui sono necessari i resistori R2 e R4. Li ho collegati per limitare almeno leggermente la corrente di picco attraverso le basi dei transistor di uscita, nonché per equalizzare infine i fronti di salita e di uscita degli impulsi.

Il dispositivo assemblato si presenta così:

Il layout del driver è realizzato per componenti SMD e in modo tale da poter essere facilmente collegato alla scheda principale del dispositivo (in posizione verticale). Cioè, sulla scheda principale possiamo avere un mezzo ponte o qualcos'altro installato, e non resta che collegarlo verticalmente a questa scheda nei posti giusti schede driver.

Il cablaggio presenta alcune peculiarità. Per ridurre radicalmente le dimensioni della scheda, abbiamo dovuto instradare il transistor T4 “leggermente in modo errato”. Prima di saldarlo alla tavola, è necessario girarlo a faccia in giù (segnato) e piegare le gambe rovescio(al consiglio).

Come si vede la durata dei fronti è praticamente indipendente dal livello della tensione di alimentazione ed è poco superiore a 100 ns. Secondo me, abbastanza buono per un progetto così economico.

Driver FET

Driver a transistor MOSFET e IGBT: dispositivi per il controllo potente dispositivi a semiconduttore negli stadi di uscita dei convertitori energia elettrica. Sono usati come collegamento intermedio tra circuito di controllo(controllore o processore di segnale digitale) e potenti attuatori.

Le fasi di sviluppo dell'elettronica energetica (di potenza) sono determinate dai progressi nelle tecnologie degli interruttori di potenza e dei loro circuiti di controllo. La direzione dominante nell'elettronica di potenza è l'aumento delle frequenze operative dei convertitori che fanno parte degli alimentatori a commutazione. Convertire l'elettricità in qualcosa di più alte frequenze consente di migliorare le caratteristiche specifiche di peso e dimensioni di trasformatori di impulsi, condensatori e induttanze di filtro. Dinamico e parametri statici i dispositivi di potenza vengono costantemente migliorati, ma anche i tasti potenti devono essere controllati in modo efficace. I potenti driver ad alta velocità dei transistor MOSFET e IGBT sono progettati per un'interazione bilanciata tra il circuito di controllo e gli stadi di uscita. I driver hanno correnti di uscita elevate (fino a 9 A), tempi di salita e discesa brevi, ritardi e altri aspetti interessanti caratteristiche distintive. La classificazione dei conducenti è mostrata nella Figura 2.15.

Figura 2.15 - Classificazione dei conducenti

L'autista deve averlo almeno, uno uscita esterna(nei circuiti push-pull sono due), che è obbligatorio. Può fungere da amplificatore pre-impulso o direttamente elemento chiave nell'ambito di sorgente di impulsi nutrizione.

Come dispositivo controllato in circuiti di potenza per vari scopi possono essere utilizzati transistor bipolari, transistor MOS e dispositivi di tipo trigger (tiristori, triac). Requisiti per l'esecuzione del conducente controllo ottimale in ciascuno di questi casi sono diversi. Il driver del transistor bipolare deve controllare la corrente di base durante l'accensione e garantire il riassorbimento dei portatori minoritari nella base durante la fase di spegnimento. Valori massimi Le correnti di controllo differiscono poco da quelle mediate nell'intervallo corrispondente. Il transistor MOS è controllato in tensione, ma all'inizio degli intervalli di accensione e spegnimento il driver deve passare in grande correnti impulsive capacità del dispositivo di carica e scarica. I dispositivi di tipo trigger richiedono la formazione di un breve impulso di corrente solo all'inizio dell'intervallo di commutazione, poiché lo spegnimento (commutazione) per i dispositivi più comuni avviene lungo gli elettrodi principali e non lungo quelli di controllo. Tutti questi requisiti devono essere soddisfatti in un modo o nell'altro dai conducenti corrispondenti.

Le Figure 2.16...2.18 mostrano circuiti tipici per il collegamento di transistor MOSFET bipolari e ad effetto di campo utilizzando un transistor nel driver. Si tratta dei cosiddetti circuiti con spegnimento passivo del transistor di potenza. Come si può vedere dalla figura, la struttura dei circuiti di pilotaggio è completamente identica, il che rende possibile utilizzare gli stessi circuiti per controllare transistor di entrambi i tipi. In questo caso, il riassorbimento dei portatori accumulati nella struttura del transistor avviene attraverso un elemento passivo: un resistore esterno. La sua resistenza, che devia la transizione di controllo non solo allo spegnimento, ma anche durante l'intervallo di accensione, non può essere scelta troppo piccola, il che limita la velocità di riassorbimento della carica.

Per aumentare la velocità del transistor e creare interruttori ad alta frequenza, è necessario ridurre la resistenza del circuito di ripristino della carica. Questo viene fatto utilizzando un transistor di reset, che viene acceso solo durante l'intervallo di pausa. I corrispondenti circuiti di controllo per transistor bipolari e MOS sono presentati nella Figura 2.17.

Forse dopo aver letto questo articolo non dovrai installare radiatori della stessa dimensione sui transistor.
Traduzione di questo articolo.

Un breve messaggio dal traduttore:

In primo luogo, dentro questa traduzione potrebbero esserci seri problemi con la traduzione dei termini, non ho studiato abbastanza ingegneria elettrica e progettazione di circuiti, ma qualcosa so comunque; Ho anche cercato di tradurre il tutto nel modo più chiaro possibile, quindi non ho utilizzato concetti come bootstrap, MOSFET, ecc. In secondo luogo, se ora è difficile commettere errori di ortografia (lode elaboratori di testi indicando errori), allora è abbastanza facile commettere errori di punteggiatura.
E su questi due punti vi chiedo di prendermi a calci nei commenti il ​​più forte possibile.

Ora parliamo di più dell'argomento dell'articolo, con tutta la varietà di articoli sulla costruzione di vari Veicolo vista da terra (automobili) su MK, su Arduino, su<вставить название>, la progettazione del circuito stesso, tanto meno il circuito di collegamento del motore, non è descritta in modo sufficientemente dettagliato. Di solito appare così:
- prendi il motore
- prendere i componenti
- collegare i componenti ed il motore
- …
- PROFITTO!1!

Ma per costruire di più circuiti complessi Piuttosto che semplicemente girare un motore PWM in una direzione attraverso L239x, di solito è richiesta la conoscenza dei ponti interi (o ponti H), dei transistor a effetto di campo (o MOSFET) e, beh, dei relativi driver. Se nulla lo limita, puoi utilizzare transistor a canale P e canale N per l'intero ponte, ma se il motore è abbastanza potente, i transistor a canale P dovranno prima essere pesati grande quantità radiatori, quindi aggiungi dispositivi di raffreddamento, ma se è un peccato buttarli via, puoi provare altri tipi di raffreddamento o semplicemente utilizzare solo transistor a canale N nel circuito. Ma c'è un piccolo problema con i transistor a canale N: a volte può essere piuttosto difficile aprirli "in modo amichevole".

Quindi stavo cercando qualcosa che mi aiutasse a creare un diagramma adeguato e ho trovato un articolo sul blog di un giovane di nome Syed Tahmid Mahbub. Ho deciso di condividere questo articolo.

In molte situazioni dobbiamo utilizzare i FET come interruttori di alto livello. Inoltre in molte situazioni dobbiamo utilizzare transistor ad effetto di campo come interruttori sia per il livello superiore che per quello inferiore. Ad esempio, nei circuiti a ponte. Nei circuiti a ponte parziale abbiamo 1 MOSFET di alto livello e 1 MOSFET di basso livello. Nei circuiti a ponte intero abbiamo 2 MOSFET di alto livello e 2 MOSFET di basso livello. In tali situazioni, dovremo utilizzare insieme driver di livello alto e basso. Il metodo di controllo più comune transistor ad effetto di campo in questi casi è necessario utilizzare il driver della chiave più bassa e livelli superiori per MOSFET. Indubbiamente il chip driver più popolare è l'IR2110. E in questo articolo/libro di testo parlerò proprio di questo.

È possibile scaricare la documentazione per IR2110 dal sito Web IR. Ecco il collegamento per il download: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Diamo prima un'occhiata allo schema a blocchi, nonché alla descrizione e alla posizione dei pin:

Figura 1 – Schema a blocchi funzionale dell'IR2110

Figura 2 – Piedinatura IR2110

Figura 3 – Descrizione dei pin dell'IR2110

Vale anche la pena ricordare che l'IR2110 è disponibile in due pacchetti: un pinout PDIP a 14 pin e un montaggio superficiale SOIC a 16 pin.

Parliamo ora dei vari contatti.

VCC è l'alimentatore di basso livello, dovrebbe essere compreso tra 10 V e 20 V. VDD è l'alimentazione logica per l'IR2110, dovrebbe essere compresa tra +3 V e +20 V (rispetto a VSS). La tensione effettiva che si sceglie di utilizzare dipende dal livello di tensione dei segnali di ingresso. Ecco il grafico:

Figura 4 - Dipendenza della logica 1 dalla potenza

Tipicamente viene utilizzato un VDD di +5V. Quando VDD = +5V, la soglia di ingresso dell'1 logico è leggermente superiore a 3V. Pertanto, quando VDD = +5 V, IR2110 può essere utilizzato per controllare il carico quando l'ingresso “1” è superiore a 3 (alcuni) volt. Ciò significa che l'IR2110 può essere utilizzato per quasi tutti i circuiti, poiché la maggior parte dei circuiti tende ad essere alimentata a circa 5 V. Quando usi i microcontrollori, tensione di uscita sarà superiore a 4 V (dopo tutto, il microcontrollore molto spesso ha VDD = +5 V). Quando usi un SG3525 o TL494 o un altro controller PWM, probabilmente dovrai alimentarli con una tensione maggiore di 10 V, il che significa che le uscite saranno maggiori di 8 V su uno logico. Pertanto l'IR2110 può essere utilizzato praticamente ovunque.

Puoi anche ridurre il VDD a circa +4 V se stai utilizzando un microcontrollore o qualsiasi chip che emetta 3,3 V (ad esempio dsPIC33). Durante la progettazione dei circuiti con l'IR2110, ho notato che a volte il circuito non funzionava correttamente quando il VDD dell'IR2110 era impostato su meno di +4V. Pertanto, non consiglio di utilizzare VDD al di sotto di +4V. Nella maggior parte dei miei circuiti i livelli di segnale non hanno una tensione inferiore a 4V come "1" e quindi utilizzo VDD = +5V.

Se per qualche motivo nel circuito il livello del segnale logico “1” ha una tensione inferiore a 3 V, allora è necessario utilizzare un convertitore/traduttore di livello che aumenterà la tensione a limiti accettabili. In tali situazioni, consiglio di aumentare a 4 V o 5 V e di utilizzare IR2110 VDD = +5 V.

Ora parliamo di VSS e COM. VSS è il luogo della logica. COM è "ritorno a basso livello" - fondamentalmente il livello basso del conducente. Potrebbero sembrare indipendenti e si potrebbe pensare che forse sarebbe possibile isolare le uscite del driver e la logica del segnale del driver. Tuttavia, questo sarebbe sbagliato. Sebbene non siano accoppiati internamente, l'IR2110 è un driver non isolato, il che significa che VSS e COM devono essere entrambi collegati a terra.

HIN e LIN sono ingressi logici. Un segnale alto su HIN significa che vogliamo controllare la chiave alta, cioè l'uscita ad alto livello viene eseguita su HO. Segnale basso su HIN significa che vogliamo disattivare il MOSFET di alto livello, ovvero HO è l'uscita di basso livello. L'uscita verso HO, alta o bassa, non è considerata rispetto a terra, ma rispetto a VS. Vedremo presto come i circuiti amplificatori (diodo + condensatore) che utilizzano VCC, VB e VS forniscono potenza flottante per pilotare il MOSFET. VS è il ritorno di potenza flottante. Ad alto livello, il livello in HO è uguale al livello in VB, rispetto a VS. A livello basso, il livello a HO è uguale a VS, relativo a VS, effettivamente pari a zero.

Un segnale LIN alto significa che vogliamo controllare l'interruttore basso, cioè l'uscita di livello alto viene eseguita su LO. Un segnale LIN basso significa che vogliamo disattivare il MOSFET di basso livello, ovvero LO è l'uscita di basso livello. L'uscita in LO è considerata relativa alla terra. Quando il segnale è alto, il livello su LO è lo stesso di VCC, relativo a VSS, effettivamente messo a terra. Quando il segnale è basso, il livello in LO è lo stesso di VSS, relativo a VSS, effettivamente zero.

SD viene utilizzato come controllo di arresto. Quando il livello è basso, IR2110 è acceso - la funzione di arresto è disabilitata. Quando questo pin è alto, le uscite vengono disattivate, disabilitando il controllo dell'IR2110.
Ora diamo un'occhiata a una configurazione comune con l'IR2110 per pilotare i MOSFET come interruttori alti e bassi: circuiti a mezzo ponte.

Figura 5 - Circuito base su IR2110 per il controllo a mezzo ponte

D1, C1 e C2 insieme all'IR2110 formano il circuito dell'amplificatore. Quando LIN = 1 e Q2 sono accesi, C1 e C2 vengono caricati al livello VB, poiché un diodo si trova sotto +VCC. Quando LIN = 0 e HIN = 1, la carica su C1 e C2 viene utilizzata per aggiungere ulteriore tensione, VB a in questo caso, sopra il livello della sorgente Q1 per controllare Q1 in una configurazione con interruttore superiore. È necessario selezionare una capacità sufficientemente grande in C1 in modo che sia sufficiente per fornire addebito richiesto per Q1, in modo che Q1 sia sempre attivo. Anche C1 non dovrebbe avere troppa capacità, poiché il processo di ricarica richiederà molto tempo e il livello di tensione non aumenterà abbastanza da mantenere acceso il MOSFET. Maggiore è il tempo richiesto nello stato attivo, maggiore è la capacità richiesta. Pertanto, una frequenza inferiore richiede una capacità C1 maggiore. Un fattore di riempimento più elevato richiede una capacità C1 maggiore. Naturalmente, esistono formule per calcolare la capacità, ma per questo è necessario conoscere molti parametri e potremmo non conoscerne alcuni, ad esempio la corrente di dispersione di un condensatore. Quindi ho solo stimato la capacità approssimativa. Per le basse frequenze come 50 Hz, utilizzo una capacità compresa tra 47 uF e 68 uF. Per le alte frequenze come 30-50kHz, utilizzo capacità che vanno da 4,7uF a 22uF. Dal momento che usiamo condensatore elettrolitico, è necessario utilizzare un condensatore ceramico in parallelo a questo condensatore. Condensatore ceramico non necessario se il condensatore di amplificazione è al tantalio.

D2 e D3 scaricano rapidamente il gate dei MOSFET, bypassando i resistori di gate e riducendo il tempo di spegnimento. R1 e R2 sono resistori di gate di limitazione della corrente.

Il MOSV può essere massimo 500 V.

Il VCC dovrebbe provenire dalla sorgente senza interferenze. È necessario installare condensatori di filtraggio e disaccoppiamento da +VCC a terra per il filtraggio.

Vediamo ora alcuni circuiti di esempio con IR2110.

Figura 6 - Circuito con IR2110 per mezzo ponte ad alta tensione

Figura 7 - Circuito con IR2110 per ponte intero ad alta tensione con gestiti in modo indipendente tasti (cliccabili)

Nella Figura 7 vediamo l'IR2110 utilizzato per controllare un full bridge. Non c'è niente di complicato in questo e penso che tu lo abbia già capito. Puoi anche applicare una semplificazione abbastanza popolare qui: colleghiamo HIN1 a LIN2 e colleghiamo HIN2 a LIN1, quindi otteniamo il controllo di tutti e 4 i tasti utilizzando solo 2 segnali di ingresso, invece di 4, come mostrato nella Figura 8.

Figura 8 - Schema con IR2110 per un ponte intero ad alta tensione con controllo a chiave con due ingressi (cliccabile)

Figura 9 – Circuito con IR2110 come driver di primo livello ad alta tensione

Nella Figura 9 vediamo l'IR2110 utilizzato come driver di alto livello. Il circuito è abbastanza semplice e ha le stesse funzionalità descritte sopra. Una cosa da tenere in considerazione è che, poiché non abbiamo più un interruttore di basso livello, deve esserci un carico collegato da OUT a terra. Altrimenti, il condensatore dell'amplificatore non sarà in grado di caricarsi.

Figura 10 – Circuito con IR2110 come driver di basso livello

Figura 11 – Circuito con IR2110 come doppio driver di basso livello

Se hai problemi con il tuo IR2110 e tutto continua a guastarsi, bruciarsi o esplodere, sono abbastanza sicuro che sia perché non stai utilizzando resistori gate-source, presupponendo che tu lo abbia progettato attentamente, ovviamente. NON DIMENTICARE MAI LE RESISTENZE GATE-SOURCE. Se sei interessato, puoi leggere la mia esperienza con loro qui (spiego anche il motivo per cui i resistori prevengono i danni).

Attualmente, MOSFET e Transistor IGBT. Se consideriamo questi transistor come un carico per il loro circuito di controllo, allora sono condensatori con una capacità di migliaia di picofarad. Per aprire il transistor, questa capacità deve essere caricata e, durante la chiusura, deve essere scaricata il più rapidamente possibile. Questo deve essere fatto non solo in modo che il tuo transistor abbia il tempo di funzionare alle alte frequenze. Maggiore è la tensione di gate del transistor, minore è la resistenza del canale per i MOSFET o minore è la tensione di saturazione collettore-emettitore per i transistor IGBT. La tensione di soglia per l'apertura dei transistor è solitamente di 2–4 volt e il massimo al quale il transistor è completamente aperto è di 10–15 volt. Pertanto, dovrebbe essere applicata una tensione di 10-15 volt. Ma anche in questo caso, la capacità di gate non viene caricata immediatamente e per qualche tempo il transistor funziona nella parte non lineare delle sue caratteristiche con un'elevata resistenza del canale, che porta ad una grande caduta di tensione attraverso il transistor e al suo eccessivo riscaldamento. Questa è la cosiddetta manifestazione dell'effetto Miller.

Affinché la capacità del gate si carichi rapidamente e il transistor si apra, è necessario che il circuito di controllo possa fornire quanta più corrente di carica possibile al transistor. La capacità di gate del transistor può essere rilevata dai dati del passaporto del prodotto e durante il calcolo è necessario prendere Cvx = Ciss.

Ad esempio, prendiamo il transistor MOSFET IRF740. Ha le seguenti caratteristiche che ci interessano:

Tempo di Apertura (Tempo di Salita - Tr) = 27 (ns)

Tempo di chiusura (Fall Time - Tf) = 24 (ns)

Capacità di ingresso - Ciss = 1400 (pF)

Calcoliamo la corrente massima di apertura del transistor come:

Determiniamo la corrente di chiusura massima del transistor utilizzando lo stesso principio:

Poiché solitamente utilizziamo 12 volt per alimentare il circuito di controllo, determineremo il resistore di limitazione della corrente utilizzando la legge di Ohm.

Cioè, resistenza Rg=20 Ohm, secondo la serie standard E24.

Tieni presente che non è possibile controllare un transistor di questo tipo direttamente dal controller, presenterò cosa tensione massima che il controller può fornire sarà entro 5 volt e la corrente massima sarà entro 50 mA. L'uscita del controller sarà sovraccaricata e il transistor mostrerà l'effetto Miller e il tuo circuito fallirà molto rapidamente, poiché qualcuno, il controller o il transistor, si surriscalderà per primo.
Pertanto, è necessario scegliere il driver giusto.
Il driver è un amplificatore di potenza a impulsi ed è progettato per il controllo tasti di accensione. I driver possono essere i tasti superiore e inferiore separatamente o combinati in un unico alloggiamento in un driver dei tasti superiore e inferiore, ad esempio, come IR2110 o IR2113.
Sulla base delle informazioni presentate sopra, dobbiamo selezionare un driver in grado di mantenere la corrente di gate del transistor Ig = 622 mA.
Utilizzeremo quindi il driver IR2011 in grado di supportare una corrente di gate Ig = 1000 mA.

È inoltre necessario tenere conto della tensione di carico massima che gli interruttori commuteranno. In questo caso è pari a 200 volt.
Successivamente, molto parametro importanteè la velocità di bloccaggio. Ciò elimina il flusso di correnti passanti nei circuiti push-pull mostrati nella figura seguente, causando perdite e surriscaldamento.

Se leggi attentamente l'inizio dell'articolo, in base ai dati del passaporto del transistor puoi vedere che il tempo di chiusura dovrebbe essere inferiore al tempo di apertura e, di conseguenza, la corrente di spegnimento dovrebbe essere superiore alla corrente di apertura Se >Ir. È possibile fornire una corrente di chiusura maggiore riducendo la resistenza Rg, ma in tal caso aumenterà anche la corrente di apertura, ciò influenzerà l'entità del picco di tensione di commutazione allo spegnimento, a seconda della velocità di decadimento della corrente di/dt. Da questo punto di vista un aumento della velocità di commutazione è un fattore ampiamente negativo che riduce l'affidabilità del dispositivo.

In questo caso, sfrutteremo la straordinaria proprietà dei semiconduttori di far passare la corrente in una direzione e installeremo un diodo nel circuito di gate che farà passare la corrente di spegnimento del transistor If.

Pertanto, la corrente di gate Ir scorrerà attraverso il resistore R1 e la corrente di gate If fluirà attraverso il diodo VD1 e poiché la resistenza della giunzione p-n del diodo è molto inferiore alla resistenza del resistore R1, allora If>Ir . Per garantire che la corrente di spegnimento non superi il suo valore, colleghiamo in serie al diodo un resistore, la cui resistenza sarà determinata trascurando la resistenza del diodo nello stato aperto.

Prendiamo quello più piccolo più vicino della serie standard E24 R2=16 Ohm.

Ora diamo un'occhiata a cosa significano i nomi del driver della chiave superiore e del driver della chiave inferiore.
È noto che i transistor MOSFET e IGBT sono controllati dalla tensione, vale a dire dalla tensione gate-source (Gate-Source) Ugs.
Quali sono i tasti superiore e inferiore? La figura seguente mostra uno schema di un semiponte. Questo schema contiene i tasti superiore e inferiore, rispettivamente VT1 e VT2. L'interruttore superiore VT1 è collegato dal drain all'alimentazione positiva Vcc, e dalla source al carico e deve essere aperto da una tensione applicata rispetto alla source. Il tasto inferiore, lo scarico è collegato al carico e la sorgente è collegata al negativo dell'alimentazione (terra) e deve essere aperta dalla tensione applicata rispetto a terra.

E se tutto è molto chiaro con il tasto inferiore, applica 12 volt - si apre, applica 0 volt - si chiude, quindi per il tasto superiore è necessario un circuito speciale che lo aprirà rispetto alla tensione alla fonte del transistor. Questo schema è già implementato all'interno del driver. Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è aggiungere la capacità di boost C2 al driver, che verrà caricata dalla tensione di alimentazione del driver, ma relativa alla sorgente del transistor, come mostrato nella figura seguente. È questa tensione che si sbloccherà chiave superiore.

Questo circuito è abbastanza funzionale, ma l'uso di una capacità booster gli consente di funzionare in intervalli ristretti. Questa capacità viene caricata quando il transistor inferiore è aperto e non può essere troppo grande se il circuito deve funzionare ad alte frequenze, e inoltre non può essere troppo piccola quando funziona a frequenze elevate. basse frequenze. Cioè, con questo progetto, non possiamo mantenere l'interruttore superiore aperto indefinitamente; si chiuderà immediatamente dopo che il condensatore C2 si sarà scaricato, ma se utilizziamo una capacità maggiore, potrebbe non avere il tempo di ricaricarsi entro il successivo periodo di funzionamento del transistor. .
Abbiamo riscontrato questo problema più di una volta e molto spesso abbiamo dovuto sperimentare la selezione della capacità del booster quando si modifica la frequenza di commutazione o l'algoritmo di funzionamento del circuito. Il problema è stato risolto nel tempo e in modo molto semplice, nel modo più affidabile e “quasi” economico. Studiando il riferimento tecnico per il DMC1500, ci siamo interessati allo scopo del connettore P8.

Dopo aver letto attentamente il manuale e compreso a fondo il circuito dell'intero azionamento, si è scoperto che si tratta di un connettore per il collegamento di un'alimentazione separata, isolata galvanicamente. Colleghiamo il meno dell'alimentatore alla sorgente dell'interruttore superiore e il più all'ingresso del driver Vb e al polo positivo della capacità del booster. In questo modo il condensatore viene costantemente caricato, consentendo di mantenere aperta la chiave superiore per tutto il tempo necessario, indipendentemente dallo stato della chiave inferiore. Questa aggiunta allo schema consente di implementare qualsiasi algoritmo di commutazione dei tasti.
Come fonte di alimentazione per caricare la capacità del booster, è possibile utilizzare un trasformatore convenzionale con un raddrizzatore e un filtro o un convertitore CC-CC.