Драйвер mosfet на дискретных элементах

Dating > Драйвер mosfet на дискретных элементах

Download links: → Драйвер mosfet на дискретных элементах → Драйвер mosfet на дискретных элементах

И наконец, как упоминалось выше, линейка драйверов MOSFET- и IGBT-транзисторов компании STMicroelectronics не исчерпывается драйверами полумостовой схемы. Выходной каскад должен обеспечивать заряд или разряд ем­кости нагрузки 500... Поэтому важно рассчитать какая разница напряжений у Вас получиться и использовать диод с запасом на данное напряжение.

Когда откроется транзистор VT2 минусовая обкладка конденсатора C1 практически связана с общим проводом. НОВЫЕ G5 ДРАЙВЕРЫ Необходимо обратить внимание на новые драйверы International Rectifier поколения G5: IRS2453D мостовой 600- вольтовый драйвер со встроенными бутстрепными диодами и генератором. В наименования микросхем для цифрового управления питанием Texas Instruments добавляет букву «D» от английского слова «Digital» - цифровой , поэтому все названия микросхем контроллеров и драйверов серии Fusion Digital Power начинаются с букв «UCD». Что же такое верхний и нижний ключ? То есть на основной плате у нас может быть разведён полумост, или что-то ещё, а уже в эту плату останется только вертикально воткнуть в нужных местах платы драйверов. Защелка не может восстановиться автоматически, пока не будет снято питание с микросхемы, и выходной каскаддрайвера выгорает. Естественно, что транзистор должен выдерживать перегрузку в течение этого времени. Генератор классический, на какой частоте завелся не мерял, главное что завелся. Как видно из структурной схемы рис. Две категории новых высоковольтных драйверов G5 HVIC и мостовых схем, блокировка по низкому напряжению питания облегчают разработчику проектирование высоконадежных силовых устройств. В фирменной документации на драйверные микросхемы серии IRS указывается максимальный ток, который может «выдать» на управляющий вывод конкретный тип микросхемы. Воплощением всех этих достижений стали высоковольтные силовые микросхемы управления 5-го поколения G5 HVIC.

Рисунок 25 — Схема подключения драйвера с защитой по току УТ: — напряжение питания высоковольтного «плавающего» источника; — об­щая точка отрицательного полюса высоковольтного «плавающего» источника и истока УТ; — напряжение питания логики и цепи управления затвором; — логический вход драйвера; — вход драйвера, выполняющий несколько фун­кций: сообщение о состоянии УТ; выдержка времени состояния в активном ре­жиме; отключение УТ при сохранении перегрузки, СОМ — отрицательный по­люс источника «земля» схемы ; НО— выход драйвера, — сигнал от токо­вого датчика. На английском языке: TI introduces fastest 4-A and 5-A two-output MOSFET drivers for telecom and server power suppliesПеревод: AlexAAN По материалам сайта. Пунктиром схема разделена на два каскада I и II.

Драйверы MOSFET компании Texas Instruments - Схема в текущем состоянии Она же в Подключение двигателя двигатель униполярный к разъему SV2: Слева на фото, на плате, заранее собранная интеллектуальная дрыгалка ногами с USB управлением. Ну и во-вторых, наверняка многих заинтересует, зачем нужны резисторы R2 и R4.

В этом разделе мы подробно поговорим о таких специфических узлах силовой электроники, как драйверы управления мощными ключевыми элементами, и, в частности, силовыми транзисторами MOSFET и IGBT. Как показывает практика, качественные технические показатели драйверных узлов в значительной степени определяют надежность функционирования статических преобразователей. Дело в том, что надежная работа электронной техники может быть обеспечена только качеством элементной базы, заложенной при ее проектировании, а также физическим исполнением этой элементной базы. Иными словами, чем меньше номенклатура и количество элементов в составе электронного устройства, тем надежнее его работа. Кроме того, немаловажным для обеспечения надежности является замена дискретных элементов на узлы, выполненные в интегральном или хотя бы гибридном исполнении. Хорошо известно, что с появлением интегральных микросхем резко сократилось число незащищенных межэлементных электрических связей, а поэтому стало меньше причин к возникновению отказов. Красноречивое тому свидетельство — стремительное уменьшение масс и габаритов персональных компьютеров при росте их производительности и функциональных возможностей. К сожалению, узлы силовой преобразовательной техники в большинстве случаев слабо интегрируются, что ведет к дополнительным сложностям при ее разработке, производстве и эксплуатации. Однако и в этой области наметились существенные сдвиги, впрочем, в основном касающиеся схем управления. Разработаны и применяются специализированные интегрированные микроконтроллеры, формирующие управляющие последовательности, осуществляющие плавный пуск, стабилизацию, различные виды защит. Однако следует признать, что элементы силовой части преобразовательной техники по настоящее время разрабатываются на основе дискретной базы, поэтому в конечном итоге качество функционирования разработки зависит не только от качества элементной базы, но также и от того, насколько квалифицированно разработчик соединит эти элементы, насколько полно он учтет влияние паразитных параметров. Достаточно продолжительное время разработчики были вынуждены проектировать схемы драйверов управления на дискретных элементах. Эти схемы, в зависимости от квалификации и опыта разработчиков, получались более или менее удачными, но, скорее, все-таки «менее». Первым важным событием на пути интеграции драйверов управления стало появление микросхем серий IR21xx и IR22xx а затем их более современных модификаций IRS21xx, IRS22xx , разработанных фирмой «International Rectifier». Эти микросхемы сегодня нашли широчайшее применение в маломощной преобразовательной технике, поскольку отвечают всем вышеназванным требованиям. Редкий опытный разработчик силовой преобразовательной техники не имеет опыта применения данных микросхем — настолько они популярны. Но прежде чем рассказать об этих драйверных микросхемах, поясним, в чем заключаются их замечательные свойства, благодаря которым они стали столь популярными у разработчиков. Дело в том, что схема управления силовыми ключами всегда строится так, что ее выходной сигнал в виде широтно-модулированных импульсов задается относительно «общего» проводника схемы. Как видно из рис. Но как быть с транзистором VT1 который работает в верхнем плече полумоста? Если транзистор VT2 находится в закрытом состоянии, а VT1 открыт, на истоке VT1 присутствует напряжение питания U nilT. Поэтомудля коммутации транзистораУТ1 необходимо гальванически развязанное с «общим» схемы устройство G1, которое четко будет переда- Рис. К пояснению проблемы управления силовыми ключами в полумостовых схемах вать импульсы схемы управления «Упр. Классическое решение этой проблемы состоит во включении управляющеготрансформатораТ1 рис. Не случайно это техническое решение считается «классикой жанра»: оно известно не одно десятилетие. Мы не будем в подробностях рассматривать этот метод, так как он безнадежно устарел, а желающие познакомиться с ним подробнее без труда разыщут литературу по проектированию сигнальных трансформаторов. Мы обратимся к сравнительно новому способу управления силовыми транзисторными ключами, называемому бутстрепным. Собственно, способ этот был разработан достаточно давно первые рекомендации по его использованию можно найти в литературе, изданной в начале 80-х гг. Сразу отметим, что бутстрепный метод возможно эффективно использовать только для транзисторов MOSFET и IGBT, которые требуют ничтожных затрат мощности в цепи управления. Микросхемы IRS2110 и IRS2113, выпускаемые фирмой «International Rectifier», построены именно с применением бутстрепной схемотехники, выпускаются в стандартных корпусах для монтажа в отверстие и поверхностно-монтируемые. Внешний вид микросхем показан на рис. Входным сигналом служит сигнал микросхемы управления стандартной амплитуды логического уровня, причем с помощью напряжения, подаваемого на вывод V dd, можно обеспечить совместимость с классической 5-вольтовой «логикой», и более современной 3,3-вольтовой. На выходе драйвера имеются напряжения управления «верхним» и «нижним» силовыми транзисторами. Как видно из структурной схемы рис. На входе драйвера предусмотрены формирователи импульсов, построенные на основе триггеров Шмита. Входы V cc и V dd предназначены для подключения питающего напряжения силовой и управляющей частей схемы, «земляные» шины силовой части и управляющей части развязаны разные «общие» выводы — V ss и СОМ. В подавляющем большинстве случаев эти выводы просто соединяют вместе. Предусмотрена также возможность раздельного питания управляющей и силовой части для согласования входных уровней с уровнями схемы управления. Вход SD — защитный. Выходные каскады построены на комплиментарных полевых транзисторах. В составе микросхемы имеются дополнительные устройства, обеспечивающие ее устойчивую работу в составе преобразовательных схем: это устройство сдвига уровня управляющих сигналов V dcyV cc level shift , устройство подавления коротких импульсных помех pulse filter , устройство задержки переключения delay и детектор пониженного напряжения питания UV detect. Типовая схема включения драйверов приведена на рис. Конденсаторы C1 и C3 — фильтрующие. Фирма-производитель рекомендует располагать их как можно ближе к соответствующим выводам. Конденсатор C2 и диод VD1 — бутстрепный каскад, обеспечивающий питание схемы управления транзистора «верхнего» плеча. Конденсатор C4 — фильтр в силовой цепи. Резисторы R1 и R2 — затворные. Эти резисторы также «спасают» драйвер от такого неприятного явления, как защелкивание выходных силовых каскадов микросхемы не путать с защелкиванием в IGBT транзисторах! Явление защелкивания выходных каскадов мы разберем чуть позже. Типовая схема включения IRS2110 и IRS2113 Иногда управляющий широтно-модулированный сигнал может быть сформирован не по двум управляющим входам отдельно, а подан на один вход в виде меандра с изменяющейся скважностью. Такой способ управления может встретиться, например, в преобразователях, формирующих синусоидальный сигнал заданной частоты. В этом случае достаточно задать паузу «мертвое время» между закрытием одного транзистора полумоста и открытием второго. Такой драйвер со встроенным узлом гарантированного формирования паузы «мертвое время» в номенклатуре фирмы «International Rectifier» имеется — это микросхема IRS2111. Микросхема выпускается в 8-выводном корпусе DIP или SOIC. Структурная схема приведена на рис. На структурной схеме видно, что драйвер имеет встроенные узлы формирования паузы «мертвое время» deadtime для верхнего и нижнего плеч полумоста. Согласно документации производителя, величина «мертвого времени» задана на уровне 650 нс типовое значение , что вполне достаточно для управления полумостами, состоящими из мощных MOSFET транзисторов. К сожалению, заданная величина «мертвого времени» не подлежит корректировке извне, поэтому использовать этот драйвер для управления транзисторами IGBT в целом не представляется возможным ну разве что удастся найти экземпляры с небольшой длительностью остаточного токового «хвоста». Функциональные узлы микросхемы IRS2111 Так как драйверы, выпускаемые фирмой «International Rectifier», широко известны и активно применяются разработчиками силовой техники, мы не будем подробнее останавливаться на других типах драйверных микросхем этой фирмы, а приведем их основные наименования реально номенклатура выпуска значительно шире , которые, на взгляд автора книги, наиболее интересны для отечественных разработчиков табл. От величины этого тока зависит скорость переключения силового прибора, которая, как мы уже знаем, определяется величиной емкости затворов. К величайшему сожалению, драйверы фирмы «International Rectifier» не удается использовать при разработке мощной преобразовательной техники их удел —преобразователи мощностью до 2…3 кВт. Во-первых, недостаточные для управления мощными силовыми приборами максимальные токи перезаряда входных затворных емкостей. Во-вторых, отсутствие гальванической развязки между управляющей и силовой частями драйвера. В-третьих, возможное возникновение эффекта защелкивания блокировки выходных комплиментарных структур драйвера из-за наличия наведенных токов. При проектировании схем управления обычно считается, что выходной каскад управляющих драйверов состоит из двух комплиментарных полевых транзисторов VT1 и VT2 рис. Условное обозначение выходного каскада драйверной микросхемы В действительности, благодаря специфике технологии изготовления выходных комплиментарных каскадов рис. Теперь нам необходимо вспомнить, что в полевых транзисторах не последнюю роль играет эффект Миллера. Мы уже выяснили, что если транзистор коммутируется слишком быстро, а сопротивление цепи управления велико, напряжение на затворе может «подскакивать» на значительную и даже опасную величину. Затвор, присоединенный к выходу драйвера, прикладывает это наведенное напряжение к тиристорной р-п-р-п-структуре. Если приложенное напряжение окажется выше напряжения питания управляющего каскада всего-навсего на 0,3 В величина напряжения «база—эмиттер» биполярного транзистора в открытом состоянии , наступает эффект «опрокидывания» паразит- Рис. Реальная структура выходного каскада драйверной микросхемы ной тиристорной структуры, вывод питания замыкается на «общий» схемы. Защелка не может восстановиться автоматически, пока не будет снято питание с микросхемы, и выходной каскаддрайвера выгорает. Та же самая ситуация может возникнуть, если на выход драйвера будет наведено напряжение, на 0,3 В ниже потенциала «общего» схемы, как показано на рис. Величина «затекающего» на выход драйвера тока определяется скоростью переключения транзистора — чем скорость больше, тем и ток больше. Максимальное значение «затекающего» тока, при котором драйвер работает устойчиво, для разных микросхем управления может быть разным. Для микросхем серии IRS этот наведенный ток не должен превышать 0,5 А. Повысить устойчивость микросхем управления к защелкиванию от наведенных токов можно двумя способами, и оба они связаны с ограничением скорости переключения транзисторов. Первый способ заключается в применении снаббера специальной цепочки пассивных компонентов, замедляющей динамические процессы переключения. Второй — в установке между Рис. К пояснению защелкивания выходного каскада драйвера от «затекающих токов» управляющим выводом драйвера и затвором ключевого транзистора небольшого сопротивления, ограничивающего наведенный ток. Величина резистора R g не должна быть слишком большой, чтобы делитель напряжения, образованный указанными емкостями, не способствовал самопроизвольному открытию силового транзистора. В фирменной документации на драйверные микросхемы серии IRS указывается максимальный ток, который может «выдать» на управляющий вывод конкретный тип микросхемы. Если при выборе резистора микросхему использовать по току не более чем на 70—80 % от максимального значения тока, то в большинстве случаев эффект защелкивания проявляться не будет. Второй причиной, которая может привести к защелкиванию драйвера, обычно является плохая разводка печатных проводников рис. Рассмотрим пример неудачной и удачной разводки. Общий вывод микросхемы управления подключен не непосредственно к истоку силового транзистора, а так, что ток управления и силовой ток протекают по одному проводнику. При достаточно быстром изменении падения напряжения на транзисторе U ds во времени, скачок напряжения на паразитной индуктивности может «завернуть» точку «А» схемы выше напряжения питания микросхемы управления, типичное значение которого co- ставляет 15 В. Это, как мы уже знаем, может привести к защелкиванию выходной структуры драйвера. К счастью, паразитные транзисторы в выходном каскаде драйверной микросхемы обладают очень плохими частотными свойствами, поэтому, если энергия импульсного броска невелика амплитуда импульса может быть большой при условии малости его длительности , защелкивание может и не произойти — паразитная тиристорная структура просто не успеет отреагировать на такой импульс. Опытным путем установлено, что при длительности наведенного импульса до 1 мкс вероятность защелкивания весьма мала. Обезопасить свою разработку от защелкивания, вызванного плохим монтажом, возможно. Для этого необходимо разрабатывать топологию печати по следующему правилу: вывод «общий» микросхемы управления должен быть непосредственно присоединен к истоку мощного ключевого транзистора, а затем эта точка присоединяется к отрицательной клемме сетевого блокировочного конденсатора сглаживающего фильтра рис. Силовая электроника: профессиональные решения.