Transistorët e fuqishëm me efekt në terren MOSFET janë të mirë për të gjithë, përveç një nuance të vogël - shpesh është e pamundur t'i lidhni ato drejtpërdrejt me kunjat e mikrokontrolluesit.
Kjo, së pari, për faktin se rrymat e lejuara për kunjat e mikrokontrolluesit rrallë tejkalojnë 20 mA, dhe për MOSFET-ët me ndërrim shumë të shpejtë (me ballë të mirë), kur duhet të ngarkoni ose shkarkoni shumë shpejt portën (e cila ka gjithmonë njëfarë kapaciteti ), rrymat nevojiten një rend të madhësisë më shumë.
Dhe, së dyti, furnizimi me energji i kontrolluesit është zakonisht 3 ose 5 volt, gjë që, në parim, bën të mundur kontrollin e drejtpërdrejtë vetëm të një klase të vogël punëtorësh në terren (të cilët quhen niveli logjik - me një nivel kontrolli logjik). Dhe duke pasur parasysh që zakonisht furnizimi me energji i kontrolluesit dhe furnizimi me energji i pjesës tjetër të qarkut kanë një tel negativ të përbashkët, kjo klasë reduktohet ekskluzivisht në lojtarët e fushës së "nivelit logjik" të kanalit N.
Një nga zgjidhjet, në këtë situatë, është përdorimi i mikroqarqeve speciale - drejtuesit, të cilët janë krijuar pikërisht për të tërhequr rryma të mëdha nëpër portat e punëtorëve në terren. Sidoqoftë, ky opsion nuk është pa të meta. Së pari, shoferët nuk janë gjithmonë të disponueshëm në dyqane, dhe së dyti, ata janë mjaft të shtrenjtë.
Në lidhje me këtë, lindi ideja për të krijuar një drejtues të thjeshtë, buxhetor të lirë, i cili mund të përdoret për të kontrolluar punonjësit në terren si me kanalin N ashtu edhe me kanalin P, në çdo qark me tension të ulët, le të themi deri në 20 volt. një ftohës radio i vërtetë, në pjesa më e madhe e çdo mbeturinash elektronike, prandaj, pas një sërë eksperimentesh, lindi skema e mëposhtme:
- R 1 = 2,2 kOhm, R 2 = 100 Ohm, R 3 = 1,5 kOhm, R 4 = 47 Ohm
- D 1 - diodë 1N4148 (fuçi qelqi)
- T 1, T 2, T 3 - transistorë KST2222A (SOT-23, duke shënuar 1P)
- T 4 - transistor BC807 (SOT-23, duke shënuar 5C)
Kapaciteti ndërmjet Vcc dhe Out simbolizon lidhjen e operatorit të fushës së kanalit P, kapaciteti midis Out dhe Gnd simbolizon lidhjen e operatorit të fushës së kanalit N (kapacitetet e portave të këtyre operatorëve të fushës).
Vija me pika ndahet në dy faza (I dhe II). Në këtë rast, faza e parë funksionon si një përforcues i fuqisë, dhe faza e dytë si një përforcues aktual. Funksionimi i qarkut përshkruhet në detaje më poshtë.
Kështu që. Nëse një nivel i lartë sinjali shfaqet në hyrjen In, atëherë tranzistori T1 ndizet, transistori T2 fiket (pasi potenciali në bazën e tij bie nën potencialin në emetues). Si rezultat, transistori T3 mbyllet, dhe transistori T4 hapet dhe përmes tij rimbushet kapaciteti i portës së drejtuesit të fushës së lidhur. (Rryma bazë e tranzistorit T4 rrjedh përgjatë shtegut E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).
Nëse një nivel i ulët sinjali shfaqet në hyrjen In, atëherë gjithçka ndodh anasjelltas - mbyllet transistori T1, si rezultat i të cilit rritet potenciali bazë i tranzitorit T2 dhe ai hapet. Kjo, nga ana tjetër, bën që transistori T3 të ndizet dhe transistori T4 të fiket. Rimbushja e kapacitetit të portës së drejtuesit të fushës së lidhur ndodh përmes transistorit të hapur T3. (Rryma bazë e tranzistorit T3 rrjedh përgjatë rrugës Vcc-> T2-> R4-> B T3 -> E T3).
Kjo është, në përgjithësi, i gjithë përshkrimi, por disa pika, me siguri, kërkojnë shpjegime shtesë.
Së pari, për çfarë shërbejnë transistori T2 dhe dioda D1 në fazën e parë? Gjithçka është shumë e thjeshtë këtu. Jo më kot shkrova më lart shtigjet e rrymave bazë të transistorëve të daljes për gjendje të ndryshme të qarkut. Shikoni ato përsëri dhe imagjinoni se si do të ishte nëse nuk do të kishte transistor T2 me një rrip. Në këtë rast, transistori T4 do të zhbllokohej nga një rrymë e madhe (që do të thotë rryma bazë e tranzitorit) që rrjedh nga dalja e daljes përmes T1 dhe R2 të hapura, dhe tranzistori T3 do të zhbllokohej nga një rrymë e vogël që rrjedh përmes rezistencës R3. Kjo do të çonte në një skaj shumë të zgjatur kryesor të pulseve të daljes.
Epo, dhe së dyti, me siguri shumë do të jenë të interesuar pse nevojiten rezistorët R2 dhe R4. I ngjita ato në mënyrë që të paktën të kufizoj pak rrymën e pikut nëpër bazat e transistorëve të daljes, si dhe në fund të shkurtoj skajet kryesore dhe pasuese të pulseve.
Pajisja e mbledhur duket si kjo:
Drejtuesi është i lidhur për komponentët smd dhe në mënyrë të tillë që të mund të lidhet lehtësisht me tabelën kryesore të pajisjes (në një pozicion vertikal). Kjo do të thotë, në bordin kryesor, ne mund të kemi një gjysmë urë, ose diçka tjetër, dhe tashmë në këtë tabelë, gjithçka që mbetet është të mbyllim bordet e drejtuesit vertikalisht në vendet e duhura.
Paraqitja ka disa veçori. Për të zvogëluar në mënyrë drastike madhësinë e tabelës, na u desh të lidhnim "pak të gabuar" instalime elektrike transistorin T4. Para se ta bashkoni në tabelë, duhet ta ktheni me fytyrë poshtë (shënjimin) dhe të përkulni këmbët në drejtim të kundërt (në dërrasën).
Siç mund ta shihni, kohët e rritjes janë praktikisht të pavarura nga niveli i tensionit të furnizimit dhe janë pak më shumë se 100 ns. Shumë mirë për një dizajn të tillë buxhetor, për mendimin tim.
Ndoshta, pasi të keni lexuar këtë artikull, nuk do t'ju duhet të instaloni radiatorë me të njëjtën madhësi në transistorë.
Përkthimi i këtij artikulli.
Një mesazh i vogël nga përkthyesi:
Së pari, në këtë përkthim mund të ketë probleme serioze me përkthimin e termave, nuk jam marrë mjaftueshëm me elektroteknikën dhe qarkun, por megjithatë di diçka; Gjithashtu u përpoqa të përkthej gjithçka sa më qartë që të ishte e mundur, kështu që nuk përdora koncepte të tilla si bootstrap, transistor MOS, etj. Së dyti, nëse tashmë është e vështirë të bësh një gabim drejtshkrimor (lavdëro përpunuesit e fjalëve me treguesin e gabimeve), atëherë është mjaft e lehtë të bësh një gabim në shenjat e pikësimit.
Dhe për këto dy pika, ju kërkoj të më gjuani sa më fort në komente.
Tani le të flasim më shumë për temën e artikullit - me gjithë larminë e artikujve në lidhje me ndërtimin e automjeteve (makinave) të ndryshme tokësore në MK, në Arduino, në<вставить название>, dizajni i vetë qarkut, dhe aq më tepër diagrami i lidhjes së motorit, nuk përshkruhet në detaje të mjaftueshme. Zakonisht duket kështu:
- marrim motorin
- marrim komponentët
- ne lidhim komponentët dhe motorin
- …
- FITIMI 1!
Por për të ndërtuar qarqe më komplekse sesa për rrotullimin e thjeshtë të një motori PWM në një drejtim përmes L239x, zakonisht kërkohet njohuri për urat e plota (ose urat H), transistorët me efekt në terren (ose MOSFET) dhe drejtuesit për to. Nëse asgjë nuk kufizon, atëherë mund të përdorni transistorë me kanal p dhe n për një urë të plotë, por nëse motori është mjaft i fuqishëm, atëherë transistorët e kanalit p fillimisht duhet të peshohen me një numër të madh radiatorësh, pastaj shtoni ftohës. , por nëse është për të ardhur keq t'i hedhësh jashtë, atëherë mund të provosh lloje të tjera ftohjeje, ose thjesht të përdorësh vetëm transistorë me kanal n në qark. Por ka një problem të vogël me transistorët me kanale n - hapja e tyre "në mënyrë miqësore" ndonjëherë mund të jetë mjaft e vështirë.
Kështu që po kërkoja diçka që të më ndihmonte ta bëja saktë diagramin dhe gjeta një artikull në blogun e një të riu të quajtur Syed Tahmid Mahbub. Vendosa ta ndaj këtë artikull.
Në shumë situata, ne duhet të përdorim transistorë me efekt në terren si ndërprerës të nivelit të lartë. Gjithashtu, në shumë situata, ne duhet të përdorim transistorë me efekt në terren si ndërprerës të niveleve të sipërme dhe të poshtme. Për shembull, në qarqet e urës. Në qarqet e urave jo të plota, kemi 1 MOSFET të nivelit të lartë dhe 1 MOSFET të nivelit të ulët. Në qarqet e urës së plotë, ne kemi 2 MOSFET të nivelit të lartë dhe 2 MOSFET të nivelit të ulët. Në situata të tilla, do të na duhet të përdorim drejtuesit e nivelit të lartë dhe të ulët së bashku. Mënyra më e zakonshme për të drejtuar FET në raste të tilla është përdorimi i një drejtuesi kyç të nivelit të ulët dhe të lartë për MOSFET. Deri tani IC-ja më e njohur e shoferit është IR2110. Dhe në këtë artikull / tutorial do të flas për të.
Ju mund ta shkarkoni dokumentacionin për IR2110 nga faqja e internetit IR. Këtu është lidhja e shkarkimit: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
Le të hedhim një vështrim në bllok diagramin dhe përshkrimin dhe vendndodhjet e pin:
Figura 1 - Diagrami i bllokut funksional i IR2110
Figura 2 - pika IR2110
Figura 3 - Përshkrimi i kunjave IR2110
Vlen gjithashtu të përmendet se IR2110 vjen në dy paketa - një PDIP 14-pin për montim me pin dhe një SOIC 16-pin për montim në sipërfaqe.
Tani le të flasim për kontakte të ndryshme.
VCC është furnizimi me energji i nivelit të ulët, duhet të jetë midis 10V dhe 20V. VDD është fuqia logjike për IR2110, ajo duhet të jetë midis + 3V dhe + 20V (në lidhje me VSS). Tensioni aktual që zgjidhni të përdorni varet nga niveli i tensionit të sinjaleve hyrëse. Këtu është grafiku:
Figura 4 - Varësia e logjikës 1 nga furnizimi me energji elektrike
Zakonisht përdoret një VDD prej + 5V. Në VDD = + 5V, pragu i hyrjes së logjikës 1 është pak më i lartë se 3V. Kështu, kur VDD = + 5V, IR2110 mund të përdoret për të drejtuar një ngarkesë kur hyrja "1" është më e lartë se 3 (disi) volt. Kjo do të thotë se IR2110 mund të përdoret për pothuajse të gjitha qarqet, pasi shumica e qarqeve priren të furnizohen me rreth 5V. Kur përdorni mikrokontrollues, voltazhi i daljes do të jetë më i lartë se 4V (në fund të fundit, mikrokontrolluesi mjaft shpesh ka VDD = + 5V). Kur përdoret një kontrollues SG3525 ose TL494 ose një kontrollues tjetër PWM, ka të ngjarë që ata të duhet të fuqizohen me një tension më të madh se 10 V, që do të thotë se daljet do të jenë më shumë se 8 V me një logjik. Kështu, IR2110 mund të përdoret pothuajse kudo.
Ju gjithashtu mund ta ulni VDD në rreth + 4 V nëse përdorni një mikrokontrollues ose ndonjë çip që ofron dalje 3,3 V (p.sh. dsPIC33). Gjatë projektimit të qarqeve me IR2110, vura re se ndonjëherë qarku nuk funksiononte siç pritej kur VDD e IR2110 ishte vendosur në më pak se + 4V. Prandaj, nuk rekomandoj përdorimin e VDD nën + 4V. Në shumicën e qarqeve të mia, nivelet e sinjalit nuk kanë një tension më të vogël se 4V si "1" dhe për këtë arsye përdor VDD = + 5V.
Nëse për ndonjë arsye në qark niveli i sinjalit të logjikës "1" ka një tension më të vogël se 3V, atëherë duhet të përdorni një konvertues niveli / përkthyes niveli, ai do të rrisë tensionin në kufijtë e pranueshëm. Në situata të tilla, unë rekomandoj ngritjen në 4V ose 5V dhe përdorimin e VDD = + 5V të IR2110.
Tani le të flasim për VSS dhe COM. VSS është vendi për logjikën. COM është "kthim i ulët" - në thelb terreni i ulët i shoferit. Mund të duket sikur janë të pavarura dhe mund të mendoni se mund të jetë e mundur të izolohen daljet e drejtuesit dhe logjika e sinjalit të drejtuesit. Megjithatë, kjo do të ishte e gabuar. Megjithëse nuk është i lidhur nga brenda, IR2110 është një drejtues jo i izoluar, që do të thotë se VSS dhe COM duhet të lidhen të dyja me tokën.
HIN dhe LIN janë hyrje logjike. Një sinjal i lartë në HIN do të thotë që ne duam të kontrollojmë çelësin e lartë, domethënë, një nivel i lartë del në HO. Një sinjal i ulët në HIN do të thotë që ne duam të fikim MOSFET-in e nivelit të lartë, domethënë, një dalje e nivelit të ulët kryhet në HO. Prodhimi HO, i lartë ose i ulët, konsiderohet jo në lidhje me tokën, por në lidhje me VS. Së shpejti do të shohim se si qarqet e amplifikatorit (diodë + kondensator) duke përdorur VCC, VB dhe VS ofrojnë fuqi lundruese për të drejtuar MOSFET. VS është një kthim lundrues i fuqisë. Kur niveli është i lartë, niveli në HO është i barabartë me nivelin në VB, në raport me VS. Në një nivel të ulët, niveli në HO është VS, në raport me VS, praktikisht zero.
Një sinjal i lartë LIN do të thotë që ne duam të drejtojmë një ndërprerës të ulët, domethënë, një dalje e lartë bëhet në LO. Një sinjal i ulët LIN do të thotë që ne duam të fikim MOSFET të nivelit të ulët, domethënë, një pin i nivelit të ulët aplikohet në LO. Dalja në LO konsiderohet në lidhje me tokën. Kur sinjali është i lartë, niveli në LO është i njëjtë si në VCC, në raport me VSS, në mënyrë efektive të tokëzuar. Kur sinjali është i ulët, niveli në LO është i njëjtë si në VSS, në raport me VSS, efektivisht zero.
SD përdoret si kontroll i ndalimit. Kur niveli është i ulët, IR2110 aktivizohet - funksioni i ndalimit është i çaktivizuar. Kur ky pin është i lartë, daljet fiken, duke çaktivizuar kontrollin e IR2110.
Tani le t'i hedhim një vështrim konfigurimeve të zakonshme me IR2110 për të drejtuar MOSFET si çelësa të lartë dhe të ulët - qarqe gjysmë urë.
Figura 5 - Qarku bazë në IR2110 për kontrollin me gjysmë urë
D1, C1 dhe C2 së bashku me IR2110 formojnë një qark përforcues. Kur LIN = 1 dhe Q2 është i ndezur, C1 dhe C2 ngarkohen në VB pasi njëra diodë ndodhet poshtë + VCC. Kur LIN = 0 dhe HIN = 1, ngarkimi në C1 dhe C2 përdoret për të shtuar tension shtesë, VB në këtë rast, mbi nivelin e burimit Q1 për të drejtuar Q1 në konfigurimin e çelësit të lartë. Duhet të zgjidhet një kapacitet mjaft i madh për C1 në mënyrë që ai të jetë i mjaftueshëm për të siguruar ngarkesën e nevojshme për Q1 për të mbajtur Q1 gjatë gjithë kohës. C1 gjithashtu nuk duhet të ketë shumë kapacitet, pasi procesi i karikimit do të zgjasë shumë dhe niveli i tensionit nuk do të rritet aq sa për të mbajtur MOSFET-in aktiv. Sa më shumë të kalojë në gjendjen e ndezur, aq më shumë kapacitet kërkohet. Kështu, një frekuencë më e ulët kërkon një kapacitet më të lartë C1. Faktorët më të lartë të mbushjes kërkojnë kapacitete më të larta C1. Sigurisht, ka formula për llogaritjen e kapacitetit, por për këtë ju duhet të dini shumë parametra, dhe disa prej tyre mund të mos i dimë, për shembull, rryma e rrjedhjes së një kondensatori. Prandaj, sapo vlerësova kapacitetin e përafërt. Për frekuenca të ulëta si 50Hz, unë përdor një kapacitet prej 47μF deri në 68μF. Për frekuenca të larta si 30-50 kHz, unë përdor 4.7μF deri në 22μF. Meqenëse ne përdorim një kondensator elektrolitik, një kondensator qeramik duhet të përdoret paralelisht me këtë kondensator. Kondensatori qeramik është opsional nëse kondensatori përforcues është tantal.
D2 dhe D3 shkarkojnë shpejt portën e MOSFET-ve, duke anashkaluar rezistorët e portës dhe duke zvogëluar kohën e fikjes. R1 dhe R2 janë rezistorë të portës kufizuese të rrymës.
MOSV mund të jetë maksimumi 500 V.
KQV-ja duhet të vijë nga një burim pa ndërhyrje. Duhet të instaloni kondensatorë filtrues dhe shkëputës nga + VCC në tokë për filtrim.
Le të shohim tani disa shembuj të qarqeve me IR2110.
Figura 6 - Skema me IR2110 për një gjysmë urë të tensionit të lartë
Figura 7 - Skema me IR2110 për një urë të plotë të tensionit të lartë me kontroll të pavarur të çelësit (e klikueshme)
Në figurën 7, shohim një IR2110 të përdorur për të drejtuar një urë të plotë. Nuk ka asgjë të komplikuar në të, dhe unë mendoj se ju tashmë e kuptoni atë tani. Gjithashtu, këtu mund të aplikoni një thjeshtësim mjaft popullor: ne lidhim HIN1 me LIN2, dhe ne lidhim HIN2 me LIN1, kështu që marrim kontrollin e të 4 çelësave duke përdorur vetëm 2 sinjale hyrëse, në vend të 4, kjo tregohet në Figurën 8.
Figura 8 - Skema me IR2110 për një urë të plotë të tensionit të lartë me kontroll çelësi me dy hyrje (e klikueshme)
Figura 9 - Skema me IR2110 si drejtues i nivelit të lartë të tensionit të lartë
Në figurën 9, ne shohim IR2110 të përdorur si drejtuesi i nivelit të lartë. Qarku është mjaft i thjeshtë dhe ka të njëjtin funksionalitet siç përshkruhet më sipër. Ekziston një gjë për t'u marrë parasysh - meqenëse nuk kemi më një ndërprerës të nivelit të ulët, duhet të ketë një ngarkesë të lidhur nga OUT në tokë. Përndryshe, kondensatori përforcues nuk do të jetë në gjendje të ngarkohet.
Figura 10 - Skema me IR2110 si drejtues të nivelit të ulët
Figura 11 - Skema me IR2110 si drejtues të dyfishtë të nivelit të ulët
Nëse keni probleme me IR2110 dhe gjithçka vazhdon të përplaset, digjet ose shpërthen, atëherë jam i sigurt se nuk përdorni rezistorë të burimit të portës, duke supozuar, sigurisht, se projektoni gjithçka me kujdes. MOS I HARRONI KURRË RREZISTORËT NË QAPËN BURIMORE... Nëse jeni të interesuar, mund të lexoni për përvojën time me ta këtu (unë shpjegoj edhe arsyen pse rezistorët parandalojnë dëmtimin).
2.3. Drejtues të kontrollit të tranzistorit të energjisë
Drejtuesit janë çipa kontrolli që lidhin kontrollues të ndryshëm dhe qarqe logjike me transistorë të fuqishëm të fazave të daljes së konvertuesve ose pajisjeve të kontrollit të motorit. Drejtuesit, duke siguruar transmetimin e sinjalit, duhet të prezantojnë sa më pak vonesë kohore, dhe fazat e tyre të daljes duhet të përballojnë ngarkesën e madhe kondensative tipike për qarqet e portës së transistorëve. Rrymat e fundosjes dhe fundosjes së fazës së daljes së drejtuesit duhet të jenë 0,5 deri në 2 A ose më shumë.
Drejtuesi është një përforcues i fuqisë së pulsit dhe është krijuar për të kontrolluar drejtpërdrejt çelsat e fuqisë së konvertuesve të parametrave të fuqisë. Qarku i drejtuesit përcaktohet nga lloji i strukturës së tranzistorit kyç (bipolar, MOS ose IGBT) dhe lloji i përçueshmërisë së tij, si dhe vendndodhja e tranzitorit në qarkun e ndërprerës ("lart", domethënë ai i të cilit të dy daljet e fuqisë në gjendje të hapur kanë një potencial të lartë, ose "fund", të dy daljet e fuqisë së të cilave kanë potencial zero në gjendje të hapur). Drejtuesi duhet të amplifikojë sinjalin e kontrollit për sa i përket fuqisë dhe tensionit dhe, nëse është e nevojshme, të sigurojë zhvendosjen e tij të mundshme. Shoferit mund t'i caktohen gjithashtu funksionet kryesore të mbrojtjes.
Kur hartoni një qark kontrolli për asambletë e tranzistorit të energjisë, duhet të dini se:
a) është e nevojshme të sigurohet një potencial kontrolli "lundrues" i çelësit të energjisë "të sipërm" në qarkun e urës së dyshemesë;
b) është jashtëzakonisht e rëndësishme të krijohet një ngritje dhe rënie e shpejtë e sinjaleve të kontrollit të furnizuar në portat e elementeve të fuqisë për të zvogëluar humbjet e nxehtësisë për ndërrim;
c) është e nevojshme të sigurohet një vlerë e lartë e pulsit të rrymës për kontrollin e portës së elementeve të fuqisë për rimbushje të shpejtë të kondensatorëve të hyrjes;
d) në shumicën dërrmuese të rasteve, kërkohet përputhshmëria elektrike e pjesës hyrëse të drejtuesit me sinjale dixhitale standarde TTL / CMOS (si rregull, që vijnë nga mikrokontrolluesit).
Për një kohë mjaft të gjatë, zhvilluesit u detyruan të projektonin qarqet drejtuese të kontrollit në elementë diskrete. Ngjarja e parë e rëndësishme në rrugën e integrimit të drejtuesve të kontrollit ishte shfaqja e mikroqarqeve të serive IR21xx dhe IR22xx (dhe më pas modifikimet e tyre më moderne IRS21xx, IRS22xx), të zhvilluara nga International Rectifies. Sot këto mikroqarqe përdoren gjerësisht në pajisjet e konvertimit me fuqi të ulët, pasi ato plotësojnë të gjitha kërkesat e mësipërme.
Qarku i kontrollit të ndërprerësit të energjisë është ndërtuar gjithmonë në atë mënyrë që sinjali i tij i daljes (në formën e pulseve të moduluara me gjerësinë e pulsit) të vendoset në lidhje me përcjellësin "i zakonshëm" të qarkut. Siç shihet nga Fig. 2.12, a, e cila tregon një fazë të fuqisë gjysmë urë, për një transistor ndërprerës VT 2, kjo është mjaft e mjaftueshme - sinjali "Control 2" mund të aplikohet drejtpërdrejt në portën (bazën) e tranzistorit përmes gjeneratorit G2, pasi burimi i tij (emetuesi) është i lidhur me përcjellësin "i përbashkët" të qarkut, dhe kontrolli kryhet në lidhje me përcjellësin "i zakonshëm".
Por çfarë ndodh me tranzistorin VT 1, cili punon në pjesën e sipërme të krahut të gjysmë urës? Nëse transistori VT 2 është në gjendje të mbyllur dhe VT 1 hapur, në burim VT 1 tension i furnizimit i pranishëm E Pete. Prandaj, për ndërrimin e tranzistorit VT 1, nevojitet një pajisje G1 e izoluar galvanikisht nga qarku "i zakonshëm", i cili do të transmetojë qartë pulset e qarkut të kontrollit "Control 1", pa futur shtrembërime në sinjale. Zgjidhja klasike për këtë problem është ndezja e transformatorit të kontrollit T1 (Fig. 2.12, b), i cili, nga njëra anë, izolon në mënyrë galvanike qarqet e kontrollit, dhe nga ana tjetër, transmeton impulse komutuese. Nuk është rastësi që kjo zgjidhje teknike konsiderohet si një "klasike e zhanrit": është e njohur për më shumë se një dekadë.
a b
Oriz. 2.12. Çelësat e energjisë në qarqet gjysmë urë
Sinjali i hyrjes është sinjali i mikroqarkut të kontrollit të amplitudës standarde të nivelit logjik, dhe duke përdorur tensionin e aplikuar në pinin Vdd, është e mundur të sigurohet përputhshmëria me "logjikën" klasike 5 volt dhe më modernen 3.3- logjika volt. Në daljen e drejtuesit, ka tensione kontrolli për transistorët e fuqisë "të sipërme" dhe "të ulët". Shoferi ka marrë masa për të siguruar nivelet e nevojshme të kontrollit, është krijuar një ekuivalent i një izolimi galvanik (pseudo izolim), ka funksione shtesë - një hyrje mbylljeje, një njësi mbrojtjeje nga nëntensioni i furnizimit me energji elektrike, një filtër i pulseve të shkurtra të kontrollit.
Siç mund të shihet nga diagrami bllok (Fig. 2.13), drejtuesi përbëhet nga dy kanale të pavarura, të cilat janë projektuar për të kontrolluar krahët e sipërm dhe të poshtëm të qarqeve gjysmë urë. Në hyrjen e drejtuesit, ka formësues pulsi të bazuar në shkasat e Schmitt. Hyrjet Vcc dhe Vdd janë krijuar për të lidhur tensionin e furnizimit të pjesëve të fuqisë dhe kontrollit të qarkut, autobusët "tokë" të pjesës së energjisë dhe pjesës së kontrollit janë të shkëputura (kunjat e ndryshme "të zakonshme" - Vss dhe COM).
Në shumicën dërrmuese të rasteve, këto kunja thjesht lidhen së bashku. Mundësia e furnizimit me energji të veçantë të pjesëve të kontrollit dhe fuqisë sigurohet gjithashtu për përputhjen e niveleve të hyrjes me nivelet e qarkut të kontrollit. Hyrja SD është mbrojtëse. Fazat e daljes bazohen në transistorë plotësues me efekt në terren. Mikroqarku përmban pajisje shtesë që sigurojnë funksionimin e tij të qëndrueshëm si pjesë e qarqeve të konvertimit: kjo është një pajisje për zhvendosjen e nivelit të sinjaleve të kontrollit (ndërrimi i nivelit Vdd / Vcc), një pajisje për shtypjen e zhurmës së impulsit të shkurtër (filtri pulsi), një vonesë ndërrimi pajisja (vonesa) dhe një detektor i tensionit të ulët.furnizimi me energji elektrike (detektimi UV).
Oriz. 2. 13. Njësitë funksionale të mikroqarqeve IRS2110 dhe IRS2113
Një qark tipik i ndërrimit të drejtuesit është paraqitur në Fig. 2.14. Kondensatorë ME 1 dhe MEЗ - filtrim. Prodhuesi rekomandon vendosjen e tyre sa më afër kunjave përkatëse. Kondensator ME 2 dhe diodë VD 1 - faza e bootstrap, e cila furnizon me energji qarkun e kontrollit të tranzistorit "të sipërm" të krahut. Kondensator ME 4 - filtri në qarkun e energjisë. Rezistenca R 1 dhe R 2 - rrufe në qiell.
Ndonjëherë sinjali i moduluar nga gjerësia e kontrollit mund të gjenerohet jo nga dy hyrje kontrolli veç e veç, por të futet në një hyrje në formën e një gjarpëri me një cikël funksioni të ndryshueshëm. Një metodë e tillë kontrolli mund të gjendet, për shembull, në konvertuesit që gjenerojnë një sinjal sinusoidal të një frekuence të caktuar. Në këtë rast, mjafton të vendosni një pauzë "kohë të vdekur" midis mbylljes së një transistori gjysmë urë dhe hapjes së të dytit.
Oriz. 2.14. Diagrami tipik i instalimeve elektrike për IRS2110 dhe IRS2113
Ekziston një drejtues i tillë me një njësi të integruar për formimin e garantuar të një pauze "kohë të vdekur" në nomenklaturën e kompanisë "International Rectifies" - ky është një mikroqark IRS2111 (Fig. 2.15).
Oriz. 2.15. Njësitë funksionale të mikroqarkut IRS2111
Diagrami bllok tregon se drejtuesi ka nyje të integruara për formimin e një pauze "kohë të vdekur" për krahët e sipërm dhe të poshtëm të gjysmë urës. Sipas dokumentacionit të prodhuesit, vlera e "kohës së vdekur" është vendosur në 650 ns (vlera tipike), e cila është mjaft e mjaftueshme për drejtimin e gjysmë urave të përbëra nga transistorë të fuqishëm MOSFET.
Drejtuesit për kontrollin e qarqeve komplekse të konvertuesit - njëfazore dhe trefazore - përmbajnë një numër të madh elementësh, kështu që nuk është për t'u habitur që ato prodhohen në formën e qarqeve të integruara. Keto mikroqarqe pervec vete drejtuesve permbajne edhe qarqe konvertimi niveli, logjike ndihmese, qarqe vonese per formimin e kohes "te vdekur", qarqe mbrojtese etj. Sipas fushes se aplikimit te drejtuesve IC dallohen: tasti i poshtem shoferët; drejtuesit kryesorë; drejtues të çelësave të poshtëm dhe të sipërm; shoferë gjysmë urë; ngasësit e urës njëfazore; drejtuesit e urave trefazore.
Parametrat kryesorë të drejtuesve integralë ndahen në dy grupe: dinamike dhe operacionale. Ato dinamike përfshijnë kohën e vonesës së kalimit gjatë hapjes dhe mbylljes së çelësit, kohën e rritjes dhe rënies së tensionit të daljes dhe kohën e reagimit të qarqeve mbrojtëse. Parametrat më të rëndësishëm të funksionimit janë: vlera maksimale e impulsit të rrymës hyrëse/dalëse, nivelet e hyrjes, diapazoni i tensionit të furnizimit, impedanca e daljes.
Shpesh, drejtuesve u janë caktuar edhe disa funksione mbrojtëse për transistorët MOSFET dhe JGBT. Këto funksione përfshijnë si më poshtë: mbrojtjen nga qarku i shkurtër i çelësit; mbrojtja nga nëntensioni i furnizimit të drejtuesit;
mbrojtje kundër rrymave; mbrojtje nga prishja e grilave.
Pyetje për vetëkontroll
Cilat janë ndryshimet kryesore midis transistorëve bipolarë dhe atyre me efekt në terren, duhet të merren parasysh kur përdoren ato si ndërprerës elektronikë?
Cilat janë avantazhet e transistorëve bipolarë dhe atyre me efekt në terren, a kombinon MOSFET?
Listoni mënyrat kryesore statike të funksionimit të transistorëve. Në cilat mënyra duhet të përdoren transistorët në pajisjet elektronike të energjisë?
Shpjegoni, sipas skemës së Larionov, thelbin e gjerësisë së pulsit
modulimi (PWM).
Fuqia IGBT dhe MOSFET janë bërë elementët kryesorë të përdorur në konvertuesit e ndërrimit të energjisë. Karakteristikat e tyre unike statike dhe dinamike bëjnë të mundur krijimin e pajisjeve të afta për të dhënë dhjetëra apo edhe qindra kilovat në një ngarkesë me dimensione minimale dhe një efikasitet që tejkalon 95%.
IGBT dhe MOSFET kanë të përbashkët një portë të izoluar, e cila rezulton në elementët që kanë karakteristika të ngjashme kontrolli. Falë koeficientit negativ të temperaturës së rrymës së qarkut të shkurtër, u bë e mundur krijimi i transistorëve që janë rezistent ndaj qarqeve të shkurtra. Tani transistorët me kohë të normalizuar të mbirrymës prodhohen nga pothuajse të gjitha kompanitë kryesore.
Mungesa e rrymës së kontrollit në mënyrat statike bën të mundur braktisjen e qarqeve të kontrollit të bazuar në elementë diskrete dhe krijimin e qarqeve të integruara të kontrollit - drejtues. Aktualisht, një numër kompanish, si International Rectifier, Hewlett-Packard, Motorola, prodhojnë një gamë të gjerë pajisjesh që kontrollojnë transistorë të vetëm, gjysmë ura dhe ura - dy dhe trefazore. Përveç sigurimit të rrymës së portës, ato janë gjithashtu në gjendje të kryejnë një sërë funksionesh ndihmëse, të tilla si mbrojtja nga mbirryma dhe qarku i shkurtër ( Mbrojtja nga mbirryma, Mbrojtja nga qarku i shkurtër) dhe kontrolloni rënien e tensionit ( Nën bllokimin e tensionit- UVLO). Rënia e tensionit të kontrollit është një kusht i rrezikshëm për elementët kyç të portës. Në këtë rast, transistori mund të shkojë në modalitetin linear dhe të dështojë për shkak të mbinxehjes së kristalit.
Mund të jetë e vështirë për përdoruesit të kuptojnë gamën e gjerë të IC-ve që po prodhohen aktualisht për përdorim në qarqet e energjisë, pavarësisht ngjashmërisë së karakteristikave të tyre themelore. Ky artikull diskuton veçoritë e përdorimit të drejtuesve më të njohur të prodhuar nga kompani të ndryshme.
Funksioni kryesor ndihmës i drejtuesve është mbrojtja nga mbirryma. Për një kuptim më të mirë të funksionimit të qarkut mbrojtës, është e nevojshme të analizohet sjellja e transistorëve të energjisë në modalitetin e qarkut të shkurtër (ose qark i shkurtër - një shkurtim i njohur për zhvilluesit).
Shkaqet e mbingarkesave aktuale janë të ndryshme. Më shpesh këto janë raste urgjente, të tilla si një avari në kasë ose një qark i shkurtër i ngarkesës.
Mbingarkimi mund të shkaktohet gjithashtu nga veçoritë e qarkut, për shembull, një rrymë rikuperimi kalimtare ose e kundërt e diodës së krahut të kundërt. Mbingarkesa të tilla duhet të eliminohen me metoda qarkore: përdorimi i qarqeve të formimit të trajektores (snubbers), zgjedhja e një rezistence të portës, izolimi i qarqeve të kontrollit nga autobusët e energjisë, etj.
Ndezja e tranzistorit me një qark të shkurtër në qarkun e ngarkesës
Diagrami skematik dhe diagramet e stresit që korrespondojnë me këtë mënyrë janë paraqitur në Fig. 1a dhe 2. Të gjitha parcelat janë marrë duke analizuar qarqet duke përdorur programin PSpice. Për analizën, u përdorën modele të përmirësuara të MOSFET nga International Rectifier dhe makromodele të IGBT-ve dhe drejtuesve të zhvilluar nga autori i artikullit.
Oriz. 2
Qarku i shkurtër i ngarkesës në tranzitorin e ndezur
Oriz. 3
Siç u përmend, vlera e gjendjes së qëndrueshme të rrymës së qarkut të shkurtër përcaktohet nga voltazhi i portës. Megjithatë, një ulje e këtij tensioni çon në një rritje të tensionit të ngopjes dhe, rrjedhimisht, në një rritje të humbjeve të përcjelljes. Rezistenca ndaj qarkut të shkurtër është e lidhur ngushtë me pjerrësinë e tranzistorit. IGBT-të me fitim të lartë të rrymës kanë tension të ulët ngopjeje, por kohë të shkurtra të mbingarkesës. Në mënyrë tipike, transistorët më tolerantë ndaj gabimeve kanë tensione të larta ngopjeje dhe për rrjedhojë humbje të larta.
Rryma e lejuar e qarkut të shkurtër të një IGBT është shumë më e lartë se ajo e një transistori bipolar. Zakonisht është 10 herë më i madh se rryma e vlerësuar në tensionet e lejuara të portës. Firmat kryesore, si International Rectifier, Siemens, Fuji, prodhojnë transistorë që mund të përballojnë mbingarkesa të tilla pa dëmtime. Ky parametër specifikohet në të dhënat e referencës për transistorët dhe quhet Racion i qarkut të shkurtër, dhe koha e lejuar e mbingarkesës është tsc - Koha e përballimit të qarkut të shkurtër.
Përgjigja e shpejtë e qarkut mbrojtës është përgjithësisht e dobishme për shumicën e aplikacioneve. Përdorimi i qarqeve të tilla në kombinim me IGBT shumë ekonomike rrit efikasitetin e qarkut pa sakrifikuar besueshmërinë.
Përdorimi i drejtuesve për mbrojtje nga mbingarkesa
Le të shqyrtojmë metodat e shkëputjes së transistorëve në modalitetin e mbingarkesës duke përdorur shembullin e drejtuesve të prodhuar nga International Rectifier, Motorola dhe Hewlett-Packard, pasi këto mikroqarqe bëjnë të mundur zbatimin më të plotë të funksioneve të mbrojtjes.
Shoferi i shpatullës së sipërme
Oriz. 4. Struktura e drejtuesit IR2125
Në fig. 4 tregon një bllok diagram, dhe Fig. 5 është një diagram tipik i lidhjes së drejtuesit IR2125 duke përdorur funksionin e mbrojtjes nga mbingarkesa. Pin 6 - CS përdoret për këtë qëllim. Tensioni i aktivizimit të mbrojtjes - 230 mV. Për të matur rrymën në emetues, është instaluar një rezistencë RSENSE, vlera e së cilës dhe ndarësi R1, R4 përcaktojnë rrymën e mbrojtjes.
Oriz. 5. Skema e ndezjes IR2125
Siç u përmend më lart, nëse tensioni i portës zvogëlohet kur ndodh një mbingarkesë, periudha e zbulimit të defektit mund të rritet. Kjo është e nevojshme për të përjashtuar pozitivet e rreme. Ky funksion zbatohet në mikroqarkun IR2125. Kondensatori C1, i lidhur me pinin ERR, përcakton kohën për të analizuar gjendjen e mbingarkesës. Në C1 = 300 pF, koha e analizës është rreth 10 μs (kjo është koha për të ngarkuar kondensatorin në një tension prej 1.8 V - tensioni i pragut të qarkut krahasues GABIM KOHA shofer). Në këtë kohë, qarku i stabilizimit të rrymës së kolektorit është i ndezur dhe voltazhi i portës zvogëlohet. Nëse gjendja e mbingarkesës vazhdon, atëherë pas 10 µs transistori fiket plotësisht.
Mbrojtja çaktivizohet kur hiqet sinjali i hyrjes, gjë që lejon përdoruesin të organizojë një qark mbrojtjeje për shkaktimin. Gjatë përdorimit të tij, vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet zgjedhjes së kohës së rimbylljes, e cila duhet të jetë më e madhe se konstanta e kohës termike e kristalit të tranzitorit të fuqisë. Konstanta e kohës termike mund të përcaktohet nga grafiku i rezistencës termike Zthjc për impulset e vetme.
Oriz. 6
Asnjë rezistencë matës nuk kërkohet për të analizuar gjendjen e mbitensionit të ngopjes. Kur një sinjal kontrolli pozitiv aplikohet në portë, një tension shfaqet në hyrjen e mbrojtjes së drejtuesit SC, i cili përcaktohet nga shuma e rënies së tensionit në diodën e hapur VD2 dhe në transistorin e hapur të energjisë Q1 dhe ndarësin R1, R4, e cila cakton rrymën e funksionimit. Rënia e tensionit në diodë është praktikisht e pandryshuar dhe është rreth 0,5 V. Tensioni i transistorit të hapur në rrymën e zgjedhur të qarkut të shkurtër përcaktohet nga grafiku Von = f (Ic). Dioda VD4, si VD1, duhet të jetë e shpejtë dhe e tensionit të lartë.
Përveç mbrojtjes nga mbirryma, drejtuesi analizon tensionin e furnizimit të pjesës hyrëse VСС dhe fazën e daljes VB, duke fikur transistorin kur VB bie nën 9 V, gjë që është e nevojshme për të parandaluar funksionimin linear të tranzitorit. Kjo situatë mund të lindë si kur furnizimi me energji me tension të ulët është i dëmtuar, ashtu edhe kur kapaciteti C2 është zgjedhur gabimisht. Vlera e kësaj të fundit duhet të llogaritet në bazë të vlerave të ngarkesës së portës, rrymës së portës dhe shkallës së përsëritjes së pulsit. Për të llogaritur kapacitetin e bootstrap Cb, formulat e mëposhtme rekomandohen në dokumentacionin e ndreqësit ndërkombëtar:
Cb = 15 * 2 * (2 * Qg + Igbs / f + It) / (Vcc - Vf - Vls),
Ajo = (Ion + Ioff) * tw.
ku
Joni dhe Ioff janë rrymat e ndezjes dhe fikjes së portës, tw = Qg / Joni është koha e kyçjes, Qg është ngarkesa e portës, f është shkalla e përsëritjes së pulsit, Vcc është voltazhi i furnizimit, Vf është rënia e tensionit përpara në të gjithë pompën e ngarkimit dioda (VD1 në figurën 6), Vls është rënia e tensionit përpara në diodën e kundërt (VD3 në Fig. 6), Igbs është rryma e portës në modalitetin statik.
Nëse është e pamundur të fuqizoni drejtuesin nga kapaciteti i bootstrap, është e nevojshme të përdorni një furnizim me energji "lundrues".
Drejtues i urës trefazore
Në fig. 7 tregon diagramin e lidhjes së drejtuesit të urës trefazore IR213 * duke përdorur funksionin e mbrojtjes nga mbingarkesa. Hyrja ITR përdoret për këtë qëllim. Tensioni i aktivizimit të mbrojtjes - 500 mV. Për të matur rrymën totale të urës, në emetues është instaluar një rezistencë RSENSE, vlera e së cilës, së bashku me ndarësin R2, R3, përcakton rrymën e mbrojtjes.
Oriz. 7. Diagrami i lidhjes IR2130
Drejtuesi IR2130 siguron kontrollin e transistorëve MOSFET dhe IGBT në tensione deri në 600 V, ka mbrojtje kundër mbirrymës dhe tensioneve të ulëta të furnizimit. Qarku mbrojtës përmban një transistor me efekt të fushës së hapur kullimi për treguesin e defektit (FAULT). Ai gjithashtu ka një përforcues të integruar të rrymës së ngarkesës për të gjeneruar sinjale kontrolli dhe sinjale kthyese. Shoferi gjeneron kohën e vonesës (tdt - kohë e vdekur) ndërmjet ndezjes së transistorëve të krahëve të sipërm dhe të poshtëm për të përjashtuar rrymat. Kjo kohë varion nga 0.2 në 2 μs për modifikime të ndryshme.
Për përdorimin e saktë të këtij mikroqarku dhe krijimin e qarqeve të besueshme në bazë të tij, duhet të merren parasysh disa nuanca.
Një tipar i drejtuesve IR213 * është mungesa e një funksioni për kufizimin e tensionit në portë gjatë një qarku të shkurtër. Për këtë arsye, konstanta kohore e zinxhirit R1C1, e krijuar për të vonuar aktivizimin e mbrojtjes, nuk duhet të kalojë 1 μs. Projektuesi duhet të jetë i vetëdijshëm se ura do të fiket në 1 μs pas shfaqjes së një qarku të shkurtër, si rezultat i të cilit rryma (veçanërisht me një ngarkesë rezistente) mund të tejkalojë vlerën e llogaritur. Për të rivendosur mbrojtjen, është e nevojshme të fikni furnizimin me energji të drejtuesit ose të aplikoni një tension bllokues (nivel të lartë) në hyrjet e nivelit të ulët. Vini re gjithashtu se midis mikroqarqeve të kësaj serie ekziston një drejtues IR2137, i cili siguron mbrojtje për tensionin e ngopjes së transistorëve të sipërm dhe formon kohën e kërkuar të vonesës për funksionimin e kësaj mbrojtjeje. Një mbrojtje e tillë është shumë e rëndësishme për drejtuesit që kontrollojnë qarqet e urës trefazore, pasi kur ndodh një avari, rryma e qarkut të shkurtër rrjedh në kasë, duke anashkaluar rezistencën matëse RSENSE. Ky mikroqark siguron lidhje të veçantë të rezistorëve të portës për ndezjen, fikjen dhe mbylljen emergjente, gjë që ju lejon të realizoni plotësisht të gjitha tiparet dinamike të transistorëve IGBT.
Rryma e ndezjes/fikjes për IR213 * është 200/420 mA (120/250 mA për IR2136). Kjo duhet të merret parasysh kur zgjidhni transistorët e fuqisë dhe rezistorët e portës për ta. Parametrat për tranzitorin tregojnë sasinë e ngarkesës së portës (zakonisht në nK), e cila përcakton, në një rrymë të caktuar, kohën për të ndezur / fikur tranzitorin. Kohëzgjatja e kalimeve të ndërrimit duhet të jetë më e vogël se koha e vonesës tdt e gjeneruar nga drejtuesi. Përdorimi i tranzistorëve me fuqi të lartë mund të çojë gjithashtu në hapje të rreme dhe rrymë për shkak të efektit Miller. Zvogëlimi i rezistencës së portës ose përdorimi i rezistorëve të veçantë të portës për ndezjen dhe fikjen nuk e zgjidh gjithmonë problemin për shkak të rrymës së pamjaftueshme të mbylljes së vetë drejtuesit. Në këtë rast, është e nevojshme të përdorni amplifikatorë tampon.
Avantazhi i IC-ve të prodhuara nga International Rectifier është se këto pajisje janë në gjendje të përballojnë luhatjet e tensionit të lartë midis pjesës hyrëse dhe dalëse. Për drejtuesit e serisë IR21 **, ky tension është 500–600 V, gjë që bën të mundur kontrollin e transistorëve në qarqet gjysmë urë dhe urë kur fuqizohet nga një tension industrial i korrigjuar prej 220 V pa izolim galvanik. Për të kontrolluar transistorët në qarqet e krijuara për furnizim me energji elektrike nga një tension i korrigjuar prej 380 V, International Rectifier lëshon drejtuesit e serisë IR22 **. Këto mikroqarqe funksionojnë me tensione dalëse deri në 1200 V. Të gjithë drejtuesit e ndreqësit ndërkombëtar i rezistojnë skajeve të tensionit të induktuar deri në 50 V/ns. Ky parametër quhet dv / dt imunitar. Ajo demonstron një rezistencë të lartë ndaj modalitetit të mbylljes, e cila është jashtëzakonisht e rrezikshme për qarqet pulsuese të tensionit të lartë.
Shofer i shpatullës së poshtme
Për të kontrolluar transistorët e krahut të poshtëm, mikroqarqet e prodhuara nga Motorola janë një alternativë e mirë. Diagrami bllok i njërit prej tyre - MC33153 është paraqitur në Fig. tetë.
Oriz. 8. Blloku i MC33153
Një tipar i këtij drejtuesi është aftësia për të përdorur dy metoda mbrojtëse (nga rryma dhe tensioni i ngopjes) dhe ndarja e mënyrës së mbingarkesës dhe mënyrës së qarkut të shkurtër. Ekziston gjithashtu mundësia e furnizimit me një tension negativ kontrolli, i cili mund të jetë shumë i dobishëm për drejtimin e moduleve të fuqishme me ngarkesa të larta të portës. Mbyllja në rënien e tensionit të kontrollit - UVLO kryhet në 11 V.
Konkluzioni 1 ( Hyrja me sens aktual) është menduar për lidhjen e një rezistence matëse të rrymës. Në mikroqark, kjo kunj është hyrja e dy krahasuesve - me një tension të këmbëzës prej 65 dhe 130 mV. Kështu, kushtet e mbingarkesës dhe qarkut të shkurtër analizohen në drejtues. Me mbingarkesë, krahasuesi i parë aktivizohet ( Krahasuesi i mbirrymës) dhe çaktivizon sinjalin e kontrollit të diafragmës. Mbrojtja rivendoset kur aplikohet sinjali bllokues (nivel i lartë, pasi hyrja e hyrjes është në përmbysje). Në këtë rast, sinjali i defektit në dalje ( Prodhimi i gabimit) nuk shërbehet. Nëse rryma e tejkalon grupin dy herë, kjo konsiderohet si një qark i shkurtër. Në këtë rast, krahasuesi i dytë përmbyset ( Krahasuesi i qarkut të shkurtër), dhe një sinjal i nivelit të lartë shfaqet në daljen e kontrollit. Në këtë sinjal, kontrolluesi që kontrollon funksionimin e qarkut duhet të mbyllë të gjithë qarkun. Koha e rimbylljes duhet të përcaktohet, siç u përmend më lart, nga konstanta e kohës termike e transistorëve të fuqisë.
Konkluzioni 8 ( Hyrja e Desaturimit) është projektuar për të zbatuar mbrojtjen për tensionin e ngopjes. Tensioni i aktivizimit të kësaj hyrjeje është 6,5 V. E njëjta hyrje është menduar për lidhjen e kondensatorit Cblank, i cili formon kohën e vonesës së aktivizimit të mbrojtjes. Një vonesë e tillë është e nevojshme, pasi pas aplikimit të tensionit të ndezjes-fikjes në portën e tranzitorit për ca kohë, ndërsa dioda e boksierit po rikuperohet, mbahet një tension i lartë.
Oriz. 9. Mbrojtja e tensionit të ngopjes
Oriz. 10. Mbrojtja aktuale
Shofer i izoluar galvanikisht
Izolimi galvanik ndonjëherë është i nevojshëm në qarqet ku një stad i fuqishëm energjie mundësohet nga voltazhi i rrjetit dhe sinjalet e kontrollit gjenerohen nga një kontrollues që lidhet nëpërmjet autobusëve me pajisje të ndryshme periferike. Izolimi i seksionit të energjisë dhe qarkut të kontrollit në raste të tilla redukton zhurmën e ndërrimit dhe lejon, në raste ekstreme, mbrojtjen e qarqeve me tension të ulët.
Oriz. 11. Blloku i HCPL316
Sipas mendimit tonë, një nga mikroqarqet më interesante për këtë aplikacion është HCPL316 i prodhuar nga Hewlett-Packard. Struktura e saj është paraqitur në Fig. 11, dhe diagrami i lidhjes është paraqitur në Fig. 12.
Oriz. 12. Diagrami i lidhjes HCPL316
Sinjali i kontrollit dhe sinjali i defektit janë të izoluara optikisht. Tensioni i izolimit - deri në 1500 V. Drejtuesi siguron mbrojtje vetëm për tensionin e ngopjes (pin 14 - DESAT). Një tipar interesant është prania e hyrjeve të drejtpërdrejta dhe të kundërta, të cilat thjeshtojnë komunikimin me lloje të ndryshme kontrolluesish. Ashtu si në rastin e MC33153, mikroqarku mund të gjenerojë një sinjal dalës bipolar, dhe rryma e daljes maksimale mund të arrijë 3 A. Për shkak të kësaj, drejtuesi është në gjendje të drejtojë transistorë IGBT me një rrymë kolektori deri në 150 A. është avantazhi i tij i madh ndaj pajisjeve të ngjashme.
Qarqet ndihmëse
Në drejtuesit e tensionit të lartë nga International Rectifier, për shkak të konsumit të tyre të ulët, fazat e daljes mund të fuqizohen duke përdorur të ashtuquajturat kondensatorë "bootstrap" të shkallëve të vogla. Nëse kjo nuk është e mundur, është e nevojshme të përdorni furnizimin me energji "lundrues". Si burime të tilla, është më e lirë të përdoren transformatorë me shumë dredha-dredha me një ndreqës dhe stabilizues në secilën dredha-dredha. Natyrisht, nëse dëshironi të keni një sinjal dalës bipolar, atëherë çdo burim i tillë duhet të jetë bipolar. Megjithatë, një zgjidhje më elegante është përdorimi i konvertuesve izolues DC-DC si seria DCP01 * nga Burr-Brown. Këto mikroqarqe janë vlerësuar për fuqi deri në 1W dhe mund të gjenerojnë një sinjal dalës bipolar nga një sinjal hyrës unipolar. Tensioni i izolimit - deri në 1 kV. Izolimi kryhet duke përdorur një barrierë transformator në një frekuencë prej 800 kHz. Kur përdorni mikroqarqe të shumta, ato mund të sinkronizohen në frekuencë.
Në disqet e fuqisë, shpesh është e nevojshme të kemi një sinjal proporcional me rrymën e daljes në mënyrë që të gjenerohen reagime. Ky problem zgjidhet në mënyra të ndryshme: me ndihmën e transformatorëve të rrymës, shanteve dhe amplifikatorëve diferencialë, etj. Të gjitha këto metoda kanë të metat e tyre. Për zgjidhjen më të suksesshme të problemit të formimit të një sinjali aktual dhe lidhjes së tij me kontrolluesin, International Rectifier ka zhvilluar mikroqarqe - sensorë aktualë IR2171 dhe IR2172, në të cilët sinjali aktual shndërrohet në një sinjal PWM. Qarku komutues IR2171 është paraqitur në Fig. 13. Mikroqarku mund të përballojë një rënie të tensionit deri në 600 V dhe fuqizohet nga një kapacitet "bootstrap". Frekuenca e bartësit PWM është 35 kHz për IR2171 dhe 40 kHz për IR2172. Gama e tensionit të hyrjes ± 300 mV. Tensioni i daljes hiqet nga kolektori i hapur, gjë që e bën të lehtë lidhjen e izolimit optik.
Vështirë se është e mundur të përshkruhen të gjitha mikroqarqet e prodhuara në botë për përdorim në disqet e energjisë. Sidoqoftë, edhe informacioni i dhënë duhet të ndihmojë zhvilluesin të lundrojë në oqeanin e bazës moderne të elementeve. Përfundimi kryesor nga gjithçka që u tha është si vijon: mos u përpiqni të bëni diçka në elementë diskrete derisa të jeni të sigurt se askush nuk prodhon një qark të integruar që zgjidh problemin tuaj.
Letërsia
- Përdorni karikimin e portës për të projektuar qarkun e drejtimit të portës për MOSFET me energji elektrike dhe IGBT. AN-944.
- Karakterizimi i Aplikimit të IGBT-ve. INT990.
- Karakteristikat e IGBT. AN-983.
- Mbrojtja nga qarku i shkurtër. AN-984.
- HV Floating MOS-Gate Driver Ics. AN-978.
- Të dhëna teknike Motorola MC33153.
- Të dhënat teknike të Hewlett Packard HCPL316.
- Burr Brown DCP011515 Të dhëna teknike.
- Ivanov V.V., Kolpakov A. Aplikimi i IGBT. Komponentët Elektronikë, 1996, Nr. 1.
MOP (borgjeze MOSFET) do të thotë Metal-Oxide-Semiconductor nga kjo shkurtim, struktura e këtij transistori bëhet e qartë.
Nëse në gishta, atëherë ka një kanal gjysmëpërçues në të, i cili shërben si një lloj pllake e një kondensatori dhe pllaka e dytë është një elektrodë metalike e vendosur përmes një shtrese të hollë të oksidit të silikonit, i cili është një dielektrik. Kur një tension aplikohet në portë, ky kondensator ngarkohet dhe fusha elektrike e portës tërheq ngarkesa në kanal, si rezultat i së cilës në kanal shfaqen ngarkesa të lëvizshme që mund të formojnë një rrymë elektrike dhe kullimin në rezistenca e burimit bie ndjeshëm. Sa më i lartë të jetë tensioni, aq më shumë ngarkesa dhe aq më e ulët rezistenca, si rezultat, rezistenca mund të bjerë në vlera të pakta - të qindtat e ohmit, dhe nëse e rritni tensionin më tej, shtresa e oksidit do të prishet dhe khan tranzistor.
Avantazhi i një transistori të tillë, në krahasim me një bipolar, është i dukshëm - duhet të aplikohet tension në portë, por meqenëse ka një dielektrik, rryma do të jetë zero, që do të thotë se kërkohet fuqia për të kontrolluar këtë tranzistor do të jetë e pakët, në fakt konsumon vetëm në momentin e ndërrimit, kur kondensatori ngarkohet dhe shkarkohet.
Disavantazhi rrjedh nga vetia e tij kondensative - prania e një kapaciteti në portë kërkon një rrymë të madhe ngarkimi kur hapet. Në teori, e barabartë me pafundësinë në intervale të pafundme kohore. Dhe nëse rryma është e kufizuar nga një rezistencë, atëherë kondensatori do të ngarkohet ngadalë - nuk mund të largoheni nga konstanta e kohës së qarkut RC.
Transistorët MOS janë P dhe N kanal. Parimi i tyre është i njëjtë, ndryshimi i vetëm është në polaritetin e transportuesve aktualë në kanal. Prandaj, në një drejtim të ndryshëm të tensionit të kontrollit dhe përfshirjes në qark. Shumë shpesh, transistorët bëhen në formën e çifteve plotësuese. Kjo do të thotë, ekzistojnë dy modele me karakteristika plotësisht identike, por njëri prej tyre është N, dhe tjetri është kanali P. Shënimi i tyre, si rregull, ndryshon me një shifër.
 |
Unë kam më të njohurit MNP transistorët janë IRF630(n kanal) dhe IRF9630(p kanal) në një kohë i kam përzier me një duzinë e gjysmë të secilit lloj. Posedon një trup jo shumë të madh TO-92 ky tranzistor mund të tërheqë në mënyrë fantastike deri në 9A. Rezistenca e tij e hapur është vetëm 0.35 Ohm.
Sidoqoftë, ky është një tranzistor mjaft i vjetër, tani ka gjëra më të papritura, për shembull IRF7314, i aftë për të tërhequr të njëjtën 9A, por në të njëjtën kohë përshtatet në kutinë SO8 - madhësia e një qelize fletoreje.
Një nga problemet e docking MOSFET transistor dhe mikrokontrollues (ose qark dixhital) është se në mënyrë që të hapet plotësisht deri në ngopje të plotë, ky tranzistor duhet të mbështillet në portë më shumë tension. Zakonisht kjo është rreth 10 volt, dhe MK mund të japë një maksimum prej 5.
Ka tre opsione:
Por në përgjithësi, është akoma më e saktë të instaloni drejtuesin, sepse përveç funksioneve themelore të gjenerimit të sinjaleve të kontrollit, si një unazë shtesë, ai gjithashtu siguron mbrojtje aktuale, mbrojtje kundër prishjes, mbitensionit, optimizon shpejtësinë e hapjes në maksimum. , ne pergjithesi nuk e ha rrymen kot. Zgjedhja e një transistori gjithashtu nuk është shumë e vështirë, veçanërisht nëse nuk shqetësoheni me mënyrat kufizuese. Para së gjithash, duhet të shqetësoheni për vlerën e rrymës së kullimit - I Drain ose Unë D zgjidhni një transistor për rrymën maksimale për ngarkesën tuaj, më mirë me një diferencë prej 10 përqind. Parametri tjetër i rëndësishëm për ju është V GS- tensioni i ngopjes së Source-Gate, ose, më thjesht, tensioni i kontrollit. Ndonjëherë ata e shkruajnë atë, por më shpesh ata duhet të shikojnë nga tabelat. Duke kërkuar për një grafik të varësisë së karakteristikës së daljes Unë D nga V DS në vlera të ndryshme V GS... Dhe kuptoni se çfarë regjimi do të keni.
Për shembull, ju duhet të fuqizoni motorin në 12 volt, me një rrymë prej 8A. Shoferi u bllokua dhe ju keni vetëm një sinjal kontrolli 5 volt. Gjëja e parë që më erdhi në mendje pas këtij artikulli është IRF630. I përshtatshëm për rrymë me një diferencë prej 9A kundrejt 8-it të kërkuar. Por le të shohim karakteristikën e daljes:
Nëse do të drejtoni një PWM në këtë çelës, atëherë duhet të pyesni për kohën e hapjes dhe mbylljes së tranzistorit, të zgjidhni atë më të lartën dhe, në lidhje me kohën, të llogarisni frekuencën maksimale që është në gjendje. Kjo vlerë quhet Vonesa e ndërrimit ose t mbi,t fikur, në përgjithësi, diçka e tillë. Epo, frekuenca është 1 / t. Gjithashtu, nuk do të jetë e tepërt të shikoni kapacitetin e grilave. C iss bazuar në të, si dhe rezistencën kufizuese në qarkun e portës, mund të llogarisni konstantën e kohës së ngarkimit të qarkut RC të portës dhe të vlerësoni shpejtësinë. Nëse konstanta e kohës është më e madhe se periudha PWM, atëherë transistori nuk do të hapet / mbyllet, por do të varet në një gjendje të ndërmjetme, pasi voltazhi në portën e tij do të integrohet nga ky qark RC në një tension konstant.
Kur trajtoni këta transistorë, merrni parasysh faktin se ata kanë frikë nga elektriciteti statik jo vetëm fort, por SHUMË FORTË... Është më se realiste të shposh grilat me një ngarkesë statike. Pra, si e bleva atë, menjëherë në fletë metalike dhe mos e nxirr derisa ta bashkosh. Ne u vendosëm pas baterisë dhe vendosëm një kapelë prej petë :).
