Výkonné tranzistory MOSFET s efektom poľa sú dobré pre každého, až na jednu malú nuanciu - často nie je možné pripojiť ich priamo na kolíky mikrokontroléra.
Dôvodom je jednak skutočnosť, že prípustné prúdy pre kolíky mikrokontroléra zriedka prekračujú 20 mA, a pre veľmi rýchle spínanie MOSFETov (s dobrými hranami), keď potrebujete veľmi rýchlo nabiť alebo vybiť bránu (ktorá má vždy nejakú kapacitu). ), prúdy sú potrebné rádovo viac.
A po druhé, napájanie regulátora je zvyčajne 3 alebo 5 voltov, čo v zásade umožňuje priamo ovládať len malú triedu terénnych pracovníkov (ktorí sa nazývajú logická úroveň - s logickou úrovňou riadenia). A vzhľadom na to, že napájanie ovládača a napájanie zvyšku obvodu majú zvyčajne spoločný záporný vodič, táto trieda sa redukuje výlučne na hráčov v poli na "logickej úrovni" N-kanálu.
Jedným z riešení je v tejto situácii použitie špeciálnych mikroobvodov – budičov, ktoré sú presne navrhnuté tak, aby odoberali veľké prúdy cez brány terénnych pracovníkov. Táto možnosť však nie je bez nevýhod. Po prvé, ovládače nie sú vždy dostupné v obchodoch a po druhé, sú dosť drahé.
V tomto ohľade vznikla myšlienka vytvoriť jednoduchý, cenovo dostupný ovládač, ktorý by sa dal použiť na ovládanie terénnych pracovníkov N-kanálového aj P-kanálového poľa v akomkoľvek nízkonapäťovom obvode, povedzme do 20 voltov. skutočný rádiový chladič v veľká časť akéhokoľvek elektronického odpadu, preto sa po sérii experimentov zrodila nasledujúca schéma:
- R1 = 2,2 kOhm, R2 = 100 Ohm, R3 = 1,5 kOhm, R4 = 47 Ohm
- D 1 - dióda 1N4148 (sklenený valec)
- T 1, T 2, T 3 - tranzistory KST2222A (SOT-23, označenie 1P)
- T 4 - BC807 tranzistor (SOT-23, označenie 5C)
Kapacita medzi Vcc a Out symbolizuje spojenie operátora poľa P, kapacita medzi Out a Gnd symbolizuje spojenie operátora poľa N (kapacity brán týchto operátorov poľa).
Bodkovaná čiara je rozdelená do dvoch etáp (I a II). V tomto prípade prvý stupeň funguje ako výkonový zosilňovač a druhý stupeň ako prúdový zosilňovač. Činnosť okruhu je podrobne popísaná nižšie.
Takže Ak sa na vstupe In objaví vysoká úroveň signálu, potom sa tranzistor T1 zapne, tranzistor T2 sa vypne (keďže potenciál na jeho báze klesne pod potenciál na emitore). V dôsledku toho sa tranzistor T3 zatvorí a tranzistor T4 sa otvorí a cez neho sa dobije kapacita hradla pripojeného budiča poľa. (Bázový prúd tranzistora T4 tečie po dráhe E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).
Ak sa na vstupe In objaví nízka úroveň signálu, všetko sa deje naopak - tranzistor T1 sa zatvorí, v dôsledku čoho základný potenciál tranzistora T2 stúpa a otvára sa. To zase spôsobí, že tranzistor T3 sa zapne a tranzistor T4 sa vypne. Dobitie kapacity hradla pripojeného budiča poľa prebieha cez otvorený tranzistor T3. (Základný prúd tranzistora T3 tečie po dráhe Vcc-> T2-> R4-> B T3 -> E T3).
To je vo všeobecnosti celý popis, ale niektoré body si pravdepodobne vyžadujú ďalšie vysvetlenie.
Po prvé, na čo sú tranzistor T2 a dióda D1 v prvom stupni? Všetko je tu veľmi jednoduché. Nie nadarmo som písal vyššie dráhy bázových prúdov výstupných tranzistorov pre rôzne stavy obvodu. Pozrite si ich ešte raz a predstavte si, aké by to bolo, keby tam nebol tranzistor T2 s páskou. V tomto prípade by bol tranzistor T4 odomknutý veľkým prúdom (čo znamená prúd bázy tranzistora) tečúcim z výstupu Out cez otvorené T1 a R2 a tranzistor T3 by bol odomknutý malým prúdom pretekajúcim cez odpor R3. To by viedlo k veľmi predĺženej nábežnej hrane výstupných impulzov.
No a po druhé, pravdepodobne sa mnohí budú zaujímať o to, prečo sú potrebné odpory R2 a R4. Zapichol som ich, aby som aspoň trochu obmedzil špičkový prúd cez bázy výstupných tranzistorov, ako aj konečne orezal nábežnú a zadnú hranu impulzov.
Zostavené zariadenie vyzerá takto:
Ovládač je zapojený pre smd-komponenty, a to tak, že sa dá jednoducho pripojiť k základnej doske zariadenia (vo zvislej polohe). To znamená, že na hlavnej doske môžeme mať polovičný mostík alebo niečo iné a už v tejto doske zostáva len kolmo zasunúť dosky ovládača na správne miesta.
Usporiadanie má niektoré zvláštnosti. Aby sme drasticky zmenšili veľkosť dosky, museli sme "trochu nesprávne" zapojiť tranzistor T4. Pred spájkovaním na dosku ho musíte otočiť lícom nadol (označenie) a ohnúť nohy v opačnom smere (k doske).
Ako vidíte, doby nábehu sú prakticky nezávislé od úrovne napájacieho napätia a sú niečo málo nad 100 ns. Podľa môjho názoru celkom dobré na taký rozpočtový dizajn.
Možno po prečítaní tohto článku nebudete musieť inštalovať radiátory rovnakej veľkosti na tranzistory.
Preklad tohto článku.
Malá správa od prekladateľa:
Po prvé, v tomto preklade môžu byť vážne problémy s prekladom pojmov, nezaoberal som sa dostatočne elektrotechnikou a obvodmi, ale stále niečo viem; Tiež som sa snažil všetko preložiť čo najzrozumiteľnejšie, takže som nepoužil pojmy ako bootstrap, MOS tranzistor a pod. Po druhé, ak je už ťažké urobiť pravopisnú chybu (chváľte textové procesory s uvedením chýb), potom je celkom ľahké urobiť chybu v interpunkcii.
A v týchto dvoch bodoch vás žiadam, aby ste ma do komentárov nakopli čo najtvrdšie.
Teraz sa porozprávajme viac o téme článku - so všetkými rôznymi článkami o stavbe rôznych pozemných vozidiel (autá) na MK, na Arduino, na<вставить название>, návrh samotného obvodu a ešte viac schéma zapojenia motora nie je dostatočne podrobne popísaná. Zvyčajne to vyzerá takto:
- berieme motor
- berieme komponenty
- spojíme komponenty a motor
- …
- ZISK! 1!
Ak však chcete vytvoriť zložitejšie obvody, než jednoducho skrútiť PWM motor jedným smerom cez L239x, zvyčajne potrebujete vedieť o úplných mostíkoch (alebo H-mostoch), o tranzistoroch s efektom poľa (alebo MOSFET) a o ich ovládačoch. . Ak nič neobmedzuje, potom môžete použiť p-kanálové a n-kanálové tranzistory pre úplný most, ale ak je motor dostatočne výkonný, potom bude potrebné p-kanálové tranzistory najskôr zaťažiť veľkým počtom radiátorov a potom pridať chladiče. , ale ak je škoda ich vyhodiť, tak môžeš skúsiť iné typy chladenia, alebo len použiť v obvode len n-kanálové tranzistory. S n-kanálovými tranzistormi je však malý problém - ich „priateľským spôsobom“ môže byť niekedy dosť ťažké.
Hľadal som teda niečo, čo by mi pomohlo správne zostaviť diagram a našiel som článok na blogu mladého muža menom Syed Tahmid Mahbub. Rozhodol som sa zdieľať tento článok.
V mnohých situáciách musíme použiť tranzistory s efektom poľa ako spínače najvyššej úrovne. V mnohých situáciách tiež musíme použiť tranzistory s efektom poľa ako spínače hornej aj dolnej úrovne. Napríklad v mostíkových obvodoch. V neúplných mostíkových obvodoch máme 1 MOSFET vysokej úrovne a 1 MOSFET nízkej úrovne. V obvodoch plného mostíka máme 2 MOSFETy vysokej úrovne a 2 MOSFETy nízkej úrovne. V takýchto situáciách budeme musieť použiť spolu ovládače vysokej aj nízkej úrovne. Najbežnejším spôsobom, ako riadiť FET v takýchto prípadoch, je použiť kľúčový ovládač nízkej a vysokej úrovne pre MOSFET. Jednoznačne najpopulárnejším ovládačom IC je IR2110. A v tomto článku / tutoriále o tom budem hovoriť.
Dokumentáciu k IR2110 si môžete stiahnuť z webovej stránky IR. Tu je odkaz na stiahnutie: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
Najprv sa pozrime na blokovú schému a popis a umiestnenie pinov:
Obrázok 1 - Funkčná bloková schéma IR2110
Obrázok 2 - Pinout IR2110
Obrázok 3 - Popis pinov IR2110
Za zmienku tiež stojí, že IR2110 sa dodáva v dvoch baleniach – 14-kolíkový PDIP pre kolíkovú montáž a 16-kolíkový SOIC pre povrchovú montáž.
Teraz si povedzme o rôznych kontaktoch.
VCC je napájací zdroj nízkej úrovne, mal by byť medzi 10V a 20V. VDD je logické napájanie pre IR2110, musí byť medzi + 3 V a + 20 V (vo vzťahu k VSS). Skutočné napätie, ktoré sa rozhodnete použiť, závisí od úrovne napätia vstupných signálov. Tu je graf:
Obrázok 4 - Závislosť logickej 1 na napájaní
Zvyčajne sa používa VDD + 5V. Pri VDD = + 5V je vstupný prah logickej 1 o niečo vyšší ako 3V. Takže, keď VDD = + 5V, IR2110 možno použiť na pohon záťaže, keď je vstup "1" vyšší ako 3 (trochu) volty. To znamená, že IR2110 je možné použiť pre takmer všetky obvody, pretože väčšina obvodov má tendenciu byť napájaná približne 5V. Pri použití mikrokontrolérov bude výstupné napätie vyššie ako 4V (napokon, mikrokontrolér má dosť často VDD = + 5V). Keď sa použije regulátor SG3525 alebo TL494 alebo iný PWM regulátor, je pravdepodobné, že budú musieť byť napájané napätím väčším ako 10V, čo znamená, že výstupy budú viac ako 8V s logickou jednotkou. IR2110 je teda možné použiť takmer kdekoľvek.
Môžete tiež znížiť VDD na približne + 4 V, ak používate mikrokontrolér alebo akýkoľvek čip, ktorý poskytuje výstup 3,3 V (napr. dsPIC33). Pri navrhovaní obvodov s IR2110 som si všimol, že niekedy obvod nefungoval podľa očakávania, keď bol VDD IR2110 nastavený na menej ako + 4V. Preto neodporúčam používať VDD pod + 4V. Vo väčšine mojich obvodov úrovne signálu nemajú napätie menšie ako 4V ako "1" a preto používam VDD = + 5V.
Ak má z nejakého dôvodu v obvode úroveň signálu logickej "1" napätie menšie ako 3V, potom musíte použiť prevodník úrovní / prekladač úrovní, ktorý zvýši napätie na prijateľné limity. V takýchto situáciách odporúčam zvýšiť na 4V alebo 5V a použiť VDD = + 5V IR2110.
Teraz si povedzme o VSS a COM. VSS je krajina pre logiku. COM je "nízka návratnosť" - v podstate nízka úroveň vodiča. Mohlo by to vyzerať, že sú nezávislé a možno si myslíte, že by bolo možné izolovať výstupy ovládača a logiku signálu ovládača. To by však bolo nesprávne. Hoci IR2110 nie je interne pripojený, je neizolovaný ovládač, čo znamená, že VSS aj COM musia byť pripojené k zemi.
HIN a LIN sú logické vstupy. Vysoký signál na HIN znamená, že chceme ovládať vysoký kľúč, to znamená, že na HO je výstup vysokej úrovne. Nízky signál na HIN znamená, že chceme vypnúť MOSFET vysokej úrovne, to znamená, že na HO sa vykonáva výstup nízkej úrovne. Výstup HO, vysoký alebo nízky, sa nepovažuje za relatívne k zemi, ale relatívne k VS. Čoskoro uvidíme, ako obvody zosilňovača (dióda + kondenzátor) využívajúce VCC, VB a VS poskytujú plávajúci výkon na pohon MOSFET. VS je plávajúci návrat výkonu. Keď je úroveň vysoká, úroveň na HO sa rovná úrovni na VB vo vzťahu k VS. Na nízkej úrovni je hladina na HO VS, vo vzťahu k VS prakticky nulová.
Vysoký signál LIN znamená, že chceme ovládať nízky spínač, to znamená, že na LO je vytvorený vysoký výstup. Nízky signál LIN znamená, že chceme vypnúť nízkoúrovňový MOSFET, to znamená, že na LO je privedený kolík nízkej úrovne. Výstup do LO sa považuje za relatívne k zemi. Keď je signál vysoký, úroveň v LO je rovnaká ako vo VCC, v porovnaní s VSS, účinne uzemnená. Keď je signál nízky, úroveň v LO je rovnaká ako vo VSS, relatívne k VSS, v skutočnosti je nulová.
SD sa používa ako kontrola zastavenia. Keď je hladina nízka, IR2110 sa aktivuje - funkcia zastavenia je deaktivovaná. Keď je tento kolík vysoký, výstupy sú vypnuté, čím sa deaktivuje ovládanie IR2110.
Teraz sa pozrime na bežné konfigurácie s IR2110 na riadenie MOSFETov ako vysokých a nízkych spínačov - obvodov s polovičným mostíkom.
Obrázok 5 - Základný obvod na IR2110 pre ovládanie polovičného mostíka
D1, C1 a C2 spolu s IR2110 tvoria obvod zosilňovača. Keď LIN = 1 a Q2 je zapnuté, C1 a C2 sa nabíjajú na VB, pretože jedna dióda je umiestnená pod + VCC. Keď LIN = 0 a HIN = 1, náboj na C1 a C2 sa použije na pridanie dodatočného napätia, v tomto prípade VB, nad úroveň zdroja Q1 na pohon Q1 v konfigurácii s vysokým kľúčom. Pre C1 musí byť zvolená dostatočne veľká kapacita, aby postačovala na zabezpečenie potrebného nabitia pre Q1 na udržanie Q1 po celý čas. C1 by tiež nemal mať príliš veľkú kapacitu, pretože proces nabíjania bude trvať dlho a úroveň napätia sa nezvýši natoľko, aby udržal zapnutý MOSFET. Čím dlhšie to trvá v zapnutom stave, tým väčšia kapacita je potrebná. Nižšia frekvencia teda vyžaduje vyššiu kapacitu C1. Vyššie faktory plnenia vyžadujú vyššie kapacity C1. Samozrejme, existujú vzorce na výpočet kapacity, ale na to potrebujete poznať veľa parametrov a niektoré z nich možno nepoznáme, napríklad zvodový prúd kondenzátora. Preto som len odhadol približnú kapacitu. Pre nízke frekvencie ako 50Hz používam kapacitu 47μF až 68μF. Pre vysoké frekvencie ako 30-50kHz používam 4,7μF až 22μF. Pretože používame elektrolytický kondenzátor, musí byť paralelne s týmto kondenzátorom použitý keramický kondenzátor. Keramický kondenzátor je voliteľný, ak je zosilňovací kondenzátor tantalový.
D2 a D3 rýchlo vybijú hradlo MOSFETov, obídu odpory hradla a skrátia čas vypnutia. R1 a R2 sú hradlové odpory obmedzujúce prúd.
MOSV môže byť maximálne 500 V.
VCC by mal pochádzať zo zdroja bez rušenia. Na filtrovanie musíte nainštalovať filtračné a oddeľovacie kondenzátory od + VCC k zemi.
Pozrime sa teraz na niekoľko príkladov obvodov s IR2110.
Obrázok 6 - Schéma s IR2110 pre vysokonapäťový polovičný mostík
Obrázok 7 - Schéma s IR2110 pre vysokonapäťový plný most s nezávislým ovládaním kláves (kliknutím)
Na obrázku 7 vidíme IR2110 používaný na pohon celého mostíka. Nie je v tom nič zložité a myslím, že už tomu rozumiete. Aj tu môžete použiť pomerne populárne zjednodušenie: pripojíme HIN1 k LIN2 a pripojíme HIN2 k LIN1, čím získame kontrolu nad všetkými 4 klávesmi iba pomocou 2 vstupných signálov, namiesto 4, je to znázornené na obrázku 8.
Obrázok 8 - Schéma s IR2110 pre vysokonapäťový plný most s dvojvstupovým ovládaním kľúčom (kliknutím)
Obrázok 9 - Schéma s IR2110 ako vysokonapäťovým ovládačom najvyššej úrovne
Na obrázku 9 vidíme IR2110 použitý ako ovládač najvyššej úrovne. Obvod je pomerne jednoduchý a má rovnakú funkčnosť, ako je opísané vyššie. Je potrebné zvážiť jednu vec - keďže už nemáme nízkoúrovňový spínač, musí byť záťaž pripojená z OUT na zem. V opačnom prípade sa zosilňovací kondenzátor nebude môcť nabíjať.
Obrázok 10 - Schéma s IR2110 ako ovládačom nízkej úrovne
Obrázok 11 - Schéma s IR2110 ako duálnym nízkoúrovňovým ovládačom
Ak máte problémy s IR2110 a všetko neustále padá, horí alebo exploduje, potom som si istý, že je to tým, že nepoužívate odpory typu gate-source, samozrejme za predpokladu, že všetko starostlivo navrhnete. NIKDY NEZABUDNITE NA ODPORY NA ZDROJOVEJ UZÁVERI... Ak by vás to zaujímalo, moje skúsenosti s nimi si môžete prečítať tu (vysvetľujem aj dôvod, prečo odpory zabraňujú poškodeniu).
2.3. Ovládače výkonového tranzistora
Drivery sú riadiace čipy, ktoré spájajú rôzne ovládače a logické obvody s výkonnými tranzistormi koncových stupňov meničov alebo zariadení na riadenie motorov. Budiče zabezpečujúce prenos signálu by mali zaviesť čo najmenšie časové oneskorenie a ich koncové stupne by mali odolať veľkej kapacitnej záťaži charakteristickej pre hradlové obvody tranzistorov. Klesajúce a klesajúce prúdy výstupného stupňa budiča musia byť 0,5 až 2 A alebo viac.
Budič je impulzný výkonový zosilňovač a je určený na priame ovládanie výkonových spínačov meničov výkonových parametrov. Budiaci obvod je určený typom štruktúry kľúčového tranzistora (bipolárny, MOS alebo IGBT) a typom jeho vodivosti, ako aj umiestnením tranzistora v obvode spínača („hore“, teda takého, ktorého oba výkonové výstupy v otvorenom stave majú vysoký potenciál alebo „dolný“, pričom oba výkonové výstupy majú v otvorenom stave nulový potenciál). Vodič musí zosilniť riadiaci signál z hľadiska výkonu a napätia a v prípade potreby zabezpečiť jeho potenciálny posun. Ovládaču možno priradiť aj kľúčové ochranné funkcie.
Pri navrhovaní riadiaceho obvodu pre zostavy výkonových tranzistorov musíte vedieť, že:
a) je potrebné zabezpečiť "plávajúci" riadiaci potenciál "horného" vypínača v obvode podlahového mostíka;
b) je mimoriadne dôležité vytvoriť rýchly nábeh a pokles riadiacich signálov privádzaných na hradla výkonových prvkov, aby sa znížili tepelné straty na spínanie;
c) je potrebné zabezpečiť vysokú hodnotu prúdového impulzu pre ovládanie hradla výkonových prvkov pre rýchle dobíjanie vstupných kondenzátorov;
d) v drvivej väčšine prípadov sa vyžaduje elektrická kompatibilita vstupnej časti budiča so štandardnými digitálnymi signálmi TTL / CMOS (spravidla pochádzajúcimi z mikrokontrolérov).
Vývojári boli pomerne dlho nútení navrhovať obvody ovládačov na diskrétnych prvkoch. Prvou dôležitou udalosťou na ceste integrácie riadiacich budičov bol vznik mikroobvodov sérií IR21xx a IR22xx (a následne ich modernejších modifikácií IRS21xx, IRS22xx), vyvinutých spoločnosťou International Rectities. Dnes sú tieto mikroobvody široko používané v nízkoenergetických konvertorových zariadeniach, pretože spĺňajú všetky vyššie uvedené požiadavky.
Riadiaci obvod výkonového spínača je vždy konštruovaný tak, že jeho výstupný signál (vo forme impulzov modulovaných šírkou impulzu) je nastavený vzhľadom na "spoločný" vodič obvodu. Ako je vidieť z obr. 2.12, a, ktorý znázorňuje polomostíkový výkonový stupeň, pre spínací tranzistor VT 2, to je celkom dosť - signál "Control 2" môže byť priamo privedený na bránu (bázu) tranzistora cez generátor G2, pretože jeho zdroj (emitor) je pripojený k "spoločnému" vodiču obvodu a kontrola sa vykonáva vzhľadom na "spoločný" vodič.
Ale čo ten tranzistor VT 1, ktorý funguje v hornom ramene polovičného mostíka? Ak tranzistor VT 2 je v uzavretom stave a VT 1 otvorený pri zdroji VT Prítomné 1 napájacie napätie E Pete. Preto na spínanie tranzistora VT 1 je potrebné zariadenie G1 galvanicky oddelené od "spoločného" obvodu, ktoré bude jasne prenášať impulzy riadiaceho obvodu "Control 1" bez toho, aby vnášalo do signálov skreslenie. Klasickým riešením tohto problému je zapnutie riadiaceho transformátora T1 (obr. 2.12, b), ktorý na jednej strane galvanicky oddeľuje riadiace obvody a na druhej strane prenáša spínacie impulzy. Nie náhodou je toto technické riešenie považované za „klasiku žánru“: je známe už viac ako jedno desaťročie.
a b
Ryža. 2.12. Vypínače v obvodoch s polovičným mostíkom
Vstupný signál je signál riadiaceho mikroobvodu štandardnej amplitúdy logickej úrovne a pomocou napätia privedeného na pin Vdd je možné zabezpečiť kompatibilitu s klasickou 5-voltovou „logikou“ a modernejšou 3,3- voltová logika. Na výstupe budiča sú riadiace napätia pre „horný“ a „dolný“ výkonový tranzistor. Vodič prijal opatrenia na zabezpečenie potrebných úrovní riadenia, vytvoril sa ekvivalent galvanického oddelenia (pseudoizolácie), sú tu doplnkové funkcie - vypínací vstup, jednotka podpäťovej ochrany napájania, filter krátkych riadiacich impulzov.
Ako je zrejmé z blokovej schémy (obr. 2.13), driver pozostáva z dvoch nezávislých kanálov, ktoré sú určené na ovládanie horných a dolných ramien polomostíkových obvodov. Na vstupe budiča sú tvarovače impulzov založené na Schmittových spúšťačoch. Vstupy Vcc a Vdd sú určené na pripojenie napájacieho napätia napájacej a riadiacej časti obvodu, "zemné" zbernice výkonovej časti a riadiacej časti sú oddelené (rôzne "spoločné" piny - Vss a COM).
Vo veľkej väčšine prípadov sú tieto špendlíky jednoducho zviazané. Pre zosúladenie vstupných úrovní s úrovňami riadiaceho obvodu je zabezpečená aj možnosť samostatného napájania riadiacej a výkonovej časti. SD vstup je ochranný. Koncové stupne sú založené na komplementárnych tranzistoroch s efektom poľa. Mikroobvod obsahuje prídavné zariadenia, ktoré zabezpečujú jeho stabilnú prevádzku v rámci konverzných obvodov: ide o zariadenie na posun úrovne riadiacich signálov (posun úrovne Vdd / Vcc), zariadenie na potlačenie krátkeho impulzného šumu (pulzný filter), oneskorenie spínania zariadenie (oneskorenie) a nízkonapäťový detektor.napájací zdroj (UV detektor).
Ryža. 2. 13. Funkčné jednotky mikroobvodov IRS2110 a IRS2113
Typický spínací obvod ovládača je znázornený na obr. 2.14. Kondenzátory S 1 a SЗ - filtrovanie. Výrobca ich odporúča umiestniť čo najbližšie k príslušným pinom. Kondenzátor S 2 a dióda VD 1 - bootstrap stupeň, ktorý dodáva energiu do riadiaceho obvodu tranzistora "horného" ramena. Kondenzátor S 4 - filter v napájacom obvode. Rezistory R 1 a R 2 - skrutka.
Niekedy môže byť riadiaci šírkovo modulovaný signál generovaný nie dvomi riadiacimi vstupmi samostatne, ale privádzaný na jeden vstup vo forme meandru s premenlivým pracovným cyklom. Takýto spôsob riadenia nájdeme napríklad v meničoch, ktoré generujú sínusový signál danej frekvencie. V tomto prípade stačí nastaviť pauzu „mŕtvy čas“ medzi zopnutím jedného polomostíkového tranzistora a otvorením druhého.
Ryža. 2.14. Typická schéma zapojenia pre IRS2110 a IRS2113
V nomenklatúre spoločnosti "International Rectifying" existuje taký ovládač so vstavanou jednotkou pre zaručené vytvorenie pauzy "mŕtveho času" - ide o mikroobvod IRS2111 (obr. 2.15).
Ryža. 2.15. Funkčné jednotky mikroobvodu IRS2111
Bloková schéma ukazuje, že vodič má zabudované uzly na vytvorenie pauzy „mŕtveho času“ pre horné a dolné ramená polovičného mostíka. Podľa dokumentácie výrobcu je hodnota "mŕtveho času" nastavená na 650 ns (typická hodnota), čo je celkom dosť na budenie polovičných mostíkov pozostávajúcich z výkonných MOSFET tranzistorov.
Budiče na riadenie zložitých obvodov meničov - jednofázových a trojfázových - obsahujú veľké množstvo prvkov, preto nie je prekvapujúce, že sa vyrábajú vo forme integrovaných obvodov. Tieto mikroobvody okrem samotných budičov obsahujú aj obvody na konverziu úrovní, pomocnú logiku, oneskorovacie obvody na vytváranie "mŕtveho" času, ochranné obvody atď. Podľa oblasti použitia budičov IC existujú: spodný kľúč vodiči; hlavné kľúčové ovládače; ovládače dolných a horných tlačidiel; vodiči polovičného mosta; jednofázové mostné ovládače; trojfázové mostné ovládače.
Hlavné parametre integrálnych ovládačov sú rozdelené do dvoch skupín: dynamické a prevádzkové. Medzi dynamické patrí čas oneskorenia spínania pri otváraní a zatváraní kľúča, časy nábehu a poklesu výstupného napätia a reakčný čas ochranných obvodov. Najdôležitejšie prevádzkové parametre sú: maximálna hodnota impulzu vstupného/výstupného prúdu, vstupné úrovne, rozsah napájacieho napätia, výstupná impedancia.
Často sú ovládačom priradené aj niektoré ochranné funkcie pre tranzistory MOSFET a JGBT. Tieto funkcie zahŕňajú nasledovné: ochrana kľúča pred skratom; ochrana pred podpätím napájania vodiča;
ochrana proti prechodovým prúdom; ochrana pri poruche uzávierky.
Otázky na sebaovládanie
Aké sú hlavné rozdiely medzi bipolárnymi a poľnými tranzistormi, ktoré by sa mali zvážiť pri ich použití ako elektronických spínačov?
Aké sú výhody bipolárnych tranzistorov a tranzistorov s efektom poľa, ktoré spája MOSFET?
Uveďte hlavné statické režimy činnosti tranzistorov. V akých režimoch by sa mali tranzistory používať v zariadeniach výkonovej elektroniky?
Vysvetlite podľa Larionovovej schémy podstatu šírky pulzu
modulácia (PWM).
Článok je venovaný vývoju Electrum AV LLC pre priemyselné využitie, pokiaľ ide o ich charakteristiky podobné modulárnym zariadeniam vyrábaným spoločnosťami Semikron a CT Concept.
Moderné koncepcie vývoja výkonovej elektroniky, úroveň technologickej základne modernej mikroelektroniky určujú aktívny vývoj systémov postavených na IGBT zariadeniach rôznych konfigurácií a kapacít. V štátnom programe „Národná technologická základňa“ sa tomuto smeru venujú dve práce na vývoji série stredne výkonných IGBT modulov v podniku Kontur (Cheboksary) a série vysokovýkonných IGBT modulov v Kremnijskom podniku (Brjansk). ). Súčasne je použitie a vývoj systémov založených na moduloch IGBT obmedzené nedostatkom domácich vodičov na ovládanie IGBT brán. Tento problém je relevantný aj pre vysokovýkonné tranzistory s efektom poľa používané v konvertorových systémoch s napätím do 200 V.
V súčasnosti sú na ruskom „elektronickom“ trhu riadiace zariadenia pre výkonné tranzistory s efektom poľa a IGBT zastúpené spoločnosťami Agilent Technologies, IR, Powerex, Semikron, CT Concept. Produkty IR a Agilent obsahujú iba zariadenie na generovanie signálov na ovládanie hradla tranzistora a ochranných obvodov a v prípade práce s tranzistormi vysokého výkonu alebo vysokých frekvencií sú pre ich aplikáciu potrebné ďalšie prvky: externé koncové stupne na generovanie riadiacich signálov pre brány s požadovanou strmosťou hrán, ochranné prvky (zenerove diódy, diódy a pod.), prvky rozhrania riadiaceho systému (vstupná logika, tvorba riadiacej schémy pre polomostové zariadenia, opticky izolované stavové signály stavu riadeného tranzistora, napájacích napätí atď.). Produkty Powerex tiež vyžadujú konvertor DC / DC a na prispôsobenie TTL, CMOS a FOCL sú potrebné ďalšie externé prvky. Chýbajú aj požadované stavové signály s galvanickým oddelením.
Funkčne najucelenejšie sú ovládače Semikron (rad SKHI) a CT Concept (typy Standard alebo SCALE). Ovládače CT Concept radu Standart a ovládače SKHI sú vyrobené vo forme dosiek plošných spojov s konektormi pre pripojenie k riadiacemu systému a riadenými tranzistormi s nainštalovanými potrebnými prvkami a s možnosťou inštalácie ladiacich prvkov spotrebiteľom. Z hľadiska funkčných a parametrických vlastností sú si produkty blízke.
Nomenklatúra vodičov SKHI je uvedená v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Nomenklatúra vodičov SKHI
| Typ ovládača Semikron | Počet kanálov | Maximálne napätie na ovládaní tranzistor, V | Zmena napätia brány, V | Mach imp. von. prúd, A | Maximálne nabitie brány, μC | Frekvencia, kHz | Izolačné napätie, kV | DU / dt, kV / μs |
| SKHI 10/12 | 1 | 1200 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 17.10 | 1 | 1700 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 21A | 1 | 1200 | +15/–0 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A / 22V | 2 | 1200 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 2,5 | 50 |
| SKHI 22A / H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 22B / H4 | 2 | 1700 | +15/–7 | 8 | 4 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 23.12 | 2 | 1200 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 23./17 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 24 | 2 | 1700 | +15/–8 | 8 | 5 | 50 | 4 | 50 |
| SKHI 26W | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 26F | 2 | 1600 | +15/–8 | 8 | 10 | 100 | 4 | 75 |
| SKHI 27W | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 27F | 2 | 1700 | +15/–8 | 30 | 30 | 10 | 4 | 75 |
| SKHI 61 | 6 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHI 71 | 7 | 900 | +15/–6,5 | 2 | 1 | 50 | 2,5 | 15 |
| SKHIBS 01 | 7 | 1200 | +15/–8 | 1,5 | 0,75 | 20 | 2,5 | 15 |
Meniče CT Concept SCALE vychádzajú zo základnej hybridnej zostavy a obsahujú hlavné prvky pre budenie výkonných poľných alebo IGBT tranzistorov, ktoré sú osadené na doske plošných spojov, s možnosťou inštalácie potrebných ladiacich prvkov. Doska je vybavená aj potrebnými konektormi a slotmi.
Nomenklatúra základných hybridných zostáv ovládačov SCALE od CT Concept je uvedená v tabuľke 2.
Budiace zariadenia vyrábané spoločnosťou Electrum AV sú úplne kompletné, funkčne kompletné zariadenia obsahujúce všetky potrebné prvky na ovládanie brán výkonných tranzistorov, poskytujúce potrebné úrovne prispôsobenia prúdových a potenciálnych signálov, doby nábehu a oneskorenia, ako aj potrebné úrovne ochrana riadených tranzistorov pri nebezpečných saturačných napäťových úrovniach (prúdové preťaženie alebo skrat) a nedostatočné hradlové napätie. Použité DC / DC meniče a tranzistorové koncové stupne majú potrebné výkony na zabezpečenie spínania riadených tranzistorov akéhokoľvek výkonu pri dostatočnej rýchlosti, aby boli zaistené minimálne spínacie straty. DC / DC meniče a optočleny majú dostatočnú úroveň galvanickej izolácie pre vysokonapäťové aplikácie.
Tabuľka 2. Nomenklatúra základných hybridných zostáv ovládačov SCALE od CT Concept
| Typ vodiča podľa CT Concept | Počet kanálov | Napájacie napätie vodiča, V | Mach imp. výstupný prúd, A | Maximálne napätie pri cvičení. tranzistor, V | Výstupný výkon, W | Oneskorenie, ns | Izolačné napätie, V | du / dt, kV / μs | vchod |
| IGD 508E | 1 | ± 15 | ± 8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Wols | |
| IGD 515E | 1 | ± 15 | ± 15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Wols | |
| IGD 608E | 1 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IGD608A1 17 | 1 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IGD 615A | 1 | ± 15 | ± 15 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IGD615A1 17 | 1 | ± 15 | ± 15 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 215A | 2 | ± 15 | ± 1,5 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 280A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD280A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 1 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 680A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD680A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 3 | 60 | 4000 | >50 | Trance |
| IHD 580 F | 2 | ± 15 | ± 8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | Wols |
Tento článok predstaví zariadenia MD115, MD150, MD180 (MD115P, MD150P, MD180P) na ovládanie jednotlivých tranzistorov, ako aj MD215, MD250, MD280 (MD215P, MD250P, MD280P) na ovládanie polomostových zariadení.
Modul ovládača pre jednokanálový IGBT a výkonné tranzistory s efektom poľa: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
Budiaci modul MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P je hybridný integrovaný obvod na riadenie IGBT a výkonných tranzistorov s efektom poľa, a to aj v prípade ich paralelného zapojenia. Modul poskytuje prispôsobenie na úrovniach prúdov a napätí s väčšinou IGBT a výkonných tranzistorov s efektom poľa s maximálnym povoleným napätím do 1700 V, ochranu proti preťaženiu alebo skratu, proti nedostatočnej úrovni napätia na hradle tranzistora. Ovládač generuje "núdzový" signál, keď je narušený prevádzkový režim tranzistora. Pomocou externých prvkov sa upravuje režim prevádzky budiča pre optimálne ovládanie rôznych typov tranzistorov. Ovládač môže byť použitý na riadenie tranzistorov s "Kelvinovými" výstupmi alebo na riadenie prúdu pomocou rezistora snímania prúdu. Zariadenia MD115P, MD150P, MD180P obsahujú zabudovaný DC / DC menič pre napájanie koncových stupňov budiča. Pre zariadenia MD115, MD150, MD180 je potrebný externý izolovaný napájací zdroj.
Priradenie špendlíka
1 - "problém +" 2 - "problém -" 3 - "vstup +" 4 - "vstup -" 5 - "U pit +" (len pre modely s indexom "P") 6 - "U pit -" ( len pre modely s indexom "P") 7 - "Common" 8 - "+ E pit" 9 - "output" - ovládanie hradla tranzistora 10 - "–E pit" 11 - "napr" - vstup riadenie saturačného napätia riadeného tranzistora 12 - "Prúd" - riadiaci vstup prúdu pretekajúceho cez riadený tranzistor
Dvojkanálové IGBT budiace moduly a napájacie FETy IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I
Budiace moduly MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P sú hybridným integrovaným obvodom na riadenie IGBT a výkonných tranzistorov s efektom poľa v dvoch kanáloch, a to ako nezávisle, tak v polomostovom zapojení, vrátane paralelného zapojenia tranzistorov. Budič poskytuje prispôsobenie na úrovniach prúdov a napätí s väčšinou IGBT a výkonných tranzistorov s efektom poľa s maximálnym povoleným napätím do 1700 V, ochranu proti preťaženiu alebo skratu, nedostatočnú úroveň napätia na hradle tranzistora. Vstupy budiča sú galvanicky oddelené od výkonovej časti izolačným napätím 4 kV. Ovládač obsahuje interné DC / DC meniče, ktoré generujú potrebné úrovne na ovládanie brán tranzistorov. Zariadenie generuje potrebné stavové signály charakterizujúce prevádzkový režim tranzistorov, ako aj prítomnosť energie. Pomocou externých prvkov sa upravuje režim prevádzky budiča pre optimálne ovládanie rôznych typov tranzistorov.
Tabuľka 4. Označenie pinov budiaceho modulu dvojkanálových IGBT a výkonových tranzistorov s efektom poľa
| Pin č. | Označenie | Funkcia | Pin č. | Označenie | Funkcia |
| 14 | ВХ1 "+" | Priamy ovládací vstup prvého kanálu | 15 | IR | Merací kolektor na sledovanie saturačného napätia na riadenom tranzistore prvého kanála |
| 13 | ВХ1 "-" | Inverzný riadiaci vstup prvého kanála | 16 | IR1 | Vstup riadenia saturačného napätia s nastaviteľnou prahovou hodnotou a dobou blokovania prvého kanálu |
| 12 | ST "+ E pit" | Stav napájacieho napätia koncového stupňa prvého kanála | 17 | Out2 | Výstup ovládania brány tranzistora s nastavením doby zopnutia riadeného tranzistora prvého kanálu |
| 11 | Sz | Vstup pre pripojenie dodatočného kondenzátora (nastavenie času oneskorenia zapnutia) prvého kanálu | 18 | Out1 | Výstup riadenia tranzistorového hradla s nastavením času vypnutia riadeného tranzistora prvého kanálu |
| 10 | ST | Výstup stavu alarmu na riadenom tranzistore prvého kanála | 19 | –E jama | |
| 9 | BLOKOVAŤ | Blokovanie vstupu | 20 | Spoločné | Výstupy napájacích napätí výkonovej časti budiča prvého kanálu |
| 8 | Nezapojené | 21 | + E jamka | Výstupy napájacích napätí výkonovej časti budiča prvého kanálu | |
| 7 | + 5V | 22 | + E jamka" | ||
| 6 | Vstup pre pripojenie napájania vstupného obvodu | 23 | generál" | Výstupy napájacích napätí výkonovej časti budiča druhého kanálu | |
| 5 | ВХ2 "+" | Priamy ovládací vstup druhého kanálu | 24 | –E jama“ | Výstupy napájacích napätí výkonovej časti budiča druhého kanálu |
| 4 | ВХ2 "-" | Inverzný riadiaci vstup druhého kanálu | 25 | Out1 " | Výstup ovládania brány tranzistora s nastavením doby zopnutia riadeného tranzistora druhého kanálu |
| 3 | ST "+ E jamka" 9 | Stav napájacieho napätia koncového stupňa druhého kanála | 26 | Out2 " | Výstup ovládania hradla tranzistora s nastavením času vypnutia riadeného tranzistora druhého kanálu |
| 2 | Sz9 | Vstup pre pripojenie prídavného kondenzátora (nastavenie doby oneskorenia spínania) druhého kanálu | 27 | IR1 " | Vstup riadenia saturačného napätia s nastaviteľnou prahovou hodnotou a dobou blokovania druhého kanálu |
| 1 | ST9 | Výstup stavu alarmu na riadenom tranzistore druhého kanálu | 28 | IR" | Merací kolektor na sledovanie saturačného napätia na riadenom tranzistore druhého kanála |
Zariadenia oboch typov MD1XXX a MD2XXX zabezpečujú tvorbu riadiacich signálov pre hradla tranzistorov so samostatne nastaviteľnou hodnotou nabíjacích a vybíjacích prúdov, s požadovanými dynamickými parametrami, zabezpečujú riadenie napätia a ochranu hradla tranzistorov v prípade nedostatočné alebo nadmerné napätie na nich. Oba typy zariadení monitorujú saturačné napätie riadeného tranzistora a v kritických situáciách vytvárajú plynulé núdzové odpojenie záťaže, pričom generujú opto-väzbový signál, ktorý to indikuje. Okrem týchto funkcií majú prístroje radu MD1XXX možnosť riadiť prúd cez riadený tranzistor pomocou externého odporu na meranie prúdu - "shuntu". Takéto odpory s odpormi od 0,1 do niekoľkých mOhm a výkonmi desiatok a stoviek wattov, vyrobené na keramických základoch vo forme nichrómových alebo manganínových pásikov presnej geometrie s nominálnym nastavením, vyvinula aj spoločnosť Electrum AV LLC. Podrobnejšie informácie o nich nájdete na webovej stránke www.orel.ru/voloshin.
Tabuľka 5. Hlavné elektrické parametre
| Vstupný obvod | ||||
| min. | Typ. | Max. | ||
| Napájacie napätie, V | 4,5 | 5 | 18 | |
| Spotrebný prúd, mA | nie viac ako 80 bez záťaže nie viac ako 300 mA so záťažou | |||
| Vstupná logika | CMOS 3-15 V, TTL | |||
| Prúd riadiacich vstupov, mA | nie viac ako 0,5 | |||
| Výstupné napätie st, V | nie viac ako 15 | |||
| Výstupný prúd na výstupe st, mA | nie menej ako 10 | |||
| Výstupný obvod | ||||
| Špičkový výstupný prúd, A | ||||
| MD215 | nie viac ako 1,5 | |||
| MD250 | nie viac ako 5,0 | |||
| MD280 | nie viac ako 8,0 | |||
| Priemerný výstupný prúd, mA | nie viac ako 40 | |||
| Maximálna spínacia frekvencia, kHz | nie menej ako 100 | |||
| Rýchlosť zmeny napätia, kV / μs | nie menej ako 50 | |||
| Maximálne napätie na riadenom tranzistore, V | nie menej ako 1200 | |||
| DC / DC menič | ||||
| Výstupné napätie, V | nie menej ako 15 | |||
| Výkon, W | nie menej ako 1 nie menej ako 6 (pre modely s indexom M) | |||
| Efektívnosť | nie menej ako 80 % | |||
| Dynamické charakteristiky | ||||
| Oneskorenie vstupu výstupu t zapnuté, μs | nie viac ako 1 | |||
| Oneskorenie ochranného vypnutia t off, μs | nie viac ako 0,5 | |||
| Oneskorenie aktivácie stavu, μs | nie viac ako 1 | |||
| Čas zotavenia po aktivácii ochrany, μs | nie viac ako 10 | |||
| nie menej ako 1 (nastavené kapacitami Сt, Сt ") | ||||
| Čas odozvy ochranného obvodu saturačného napätia, keď je tranzistor zapnutý tblock, μs | nie menej ako 1 | |||
| Prahové napätia | ||||
| min. | Typ. | Max. | ||
| Prahová hodnota ochrany pre nedostatočné napájanie E, V | 10,4 | 11 | 11,7 | |
| Ochranný obvod pre saturačné napätie riadeného tranzistora zabezpečuje vypnutie výstupu a vytvorenie CT signálu pri napätí na vstupe "IK", V | 6 | 6,5 | 7 | |
| Izolácia | ||||
| Izolačné napätie riadiacich signálov vzhľadom na výkonové signály, V | nie menej ako 4000 striedavého napätia | |||
| Izolačné napätie DC / DC meniča, V | nie menej ako 3000 konštantné napätie | |||
Navrhované ovládače vám umožňujú ovládať tranzistory s vysokou frekvenciou (až 100 kHz), čo vám umožňuje dosiahnuť veľmi vysokú účinnosť procesov konverzie.
Zariadenia série MD2XXX majú vstavaný blok vstupnej logiky, ktorý umožňuje ovládať signály s rôznymi hodnotami od 3 do 15 V (CMOS) a štandardnými úrovňami TTL, pričom poskytuje rovnakú úroveň riadiacich signálov pre brány tranzistorov a tvoriace trvanie oneskorenia spínania horného a dolného ramena polovičného mostíka, čo umožňuje zabezpečiť absenciu priechodných prúdov.
Vlastnosti použitia ovládačov na príklade zariadenia MD2XXX
Krátka recenzia
Budiace moduly MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P sú univerzálne riadiace moduly určené pre spínanie IGBT a výkonných tranzistorov s efektom poľa.
Všetky typy MD2XXX majú vzájomne kompatibilné kontakty a líšia sa iba úrovňou maximálneho impulzného prúdu.
Typy MD s vyššími výkonmi - MD250, MD280, MD250P, MD280P sú vhodné pre väčšinu modulov alebo niekoľko paralelne zapojených tranzistorov používaných pri vysokých frekvenciách.
Moduly ovládačov série MD2XXX predstavujú kompletné riešenie problémov s riadením a ochranou pre IGBT a výkonné tranzistory s efektom poľa. V skutočnosti nie sú potrebné žiadne ďalšie komponenty ani na vstupe, ani na výstupe.
Akcia
Moduly ovládačov MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P pre každý z dvoch kanálov obsahujú:
- vstupný obvod, ktorý zabezpečuje prispôsobenie úrovne signálu a ochranné oneskorenie spínania;
- elektrická izolácia medzi vstupným obvodom a výkonovou (výstupnou) časťou;
- obvod riadenia hradla tranzistora; na otvorenom tranzistore;
- obvod na monitorovanie napájacieho napätia silovej časti vodiča;
- zosilňovač;
- ochrana proti prepätiu vo výstupnej časti budiča;
- elektricky izolovaný zdroj napätia - DC / DC menič (len pre moduly s indexom P)
Oba kanály ovládača fungujú nezávisle od seba.
Vďaka elektrickej izolácii pomocou transformátorov a optočlenov (vystavených skúšobnému napätiu 2650 V AC pri 50 Hz počas 1 minúty) medzi vstupným obvodom a výkonovou časťou, ako aj extrémne vysokému napätiu 30 kV / μs sa moduly budičov používajú v obvodoch s veľkým potenciálnym napätím a veľkými potenciálnymi rázmi vyskytujúcimi sa medzi výkonovou časťou a riadiacim obvodom.
Veľmi krátke časy oneskorenia ovládačov série MD2XXX umožňujú ich použitie vo vysokofrekvenčných napájacích zdrojoch, vysokofrekvenčných meničoch a rezonančných meničoch. Vďaka extrémne krátkym časom oneskorenia zaručujú bezproblémovú prevádzku pri riadení mosta.
Jednou z hlavných funkcií ovládačov série MD2XXX je zaručiť spoľahlivú ochranu riadených výkonových tranzistorov pred skratom a preťažením. Bezpečný stav tranzistora sa určuje pomocou napätia na kolektore výkonového tranzistora v otvorenom stave. Ak sa prekročí užívateľom definovaný prah, výkonový tranzistor sa vypne a zostane zablokovaný až do konca aktívnej úrovne signálu na riadiacom vstupe. Potom je možné tranzistor znova zapnúť privedením aktívnej úrovne na riadiaci vstup. Tento koncept ochrany je široko používaný na spoľahlivú ochranu IGBT.
Funkčný účel kolíkov
Závery 14 (ВХ1 "+"), 13 (ВХ1 "-")
Piny 13 a 14 sú riadiace vstupy ovládača. Správa sa vykonáva tak, že sa im dodajú logické úrovne TTL. Vstup In1 "+" je priamy, to znamená, že keď sa naň pripojí logická 1, výkonový tranzistor sa otvorí a keď sa použije 0, zatvorí sa. Vstup In1 "-" je inverzný, to znamená, že keď je naň priložená logická 1, výkonový tranzistor je uzavretý a keď je priložená 1, otvorí sa. Zvyčajne sa In1 "-" pripája na spoločný vodič vstupnej časti drivera a ovláda sa cez vstup In1 "+". Invertujúce a neinvertujúce zapínanie drivera je znázornené na obr.10.
Tabuľka 6 zobrazuje stavový diagram jedného kanála ovládača.
Elektrická izolácia medzi vstupnou a výstupnou časťou budiča na týchto kolíkoch sa vykonáva pomocou optočlenov. Vďaka ich použitiu je vylúčená možnosť vplyvu prechodových procesov vznikajúcich na výkonovom tranzistore v riadiacom obvode.
Tabuľka 6. Stavový diagram jedného kanála ovládača
| Bx1 + | Bx1– | Napätie na bráne tranzistora | Saturačné napätie tranzistora> normálne | St | St "+ E pit" | Von |
| NS | NS | + | NS | NS | L | L |
| X | X | X | + | l | N | l |
| l | X | X | X | X | N | l |
| X | H | X | X | X | H | l |
| H | l | - | - | H | H | H |
Vstupný obvod má zabudovanú ochranu, ktorá zabraňuje otvoreniu oboch výkonových tranzistorov polovičného mostíka súčasne. Ak sa na riadiace vstupy oboch kanálov privedie aktívny riadiaci signál, obvod sa zablokuje a oba výkonové tranzistory sa uzavrú.
Moduly budičov by mali byť umiestnené čo najbližšie k výkonovým tranzistorom a mali by byť k nim pripojené čo najkratšími vodičmi. Vstupy Bx1 "+" a Bx1 "-" je možné pripojiť k riadiacemu a monitorovaciemu obvodu vodičmi do dĺžky 25 cm.
Okrem toho musia vodiče viesť paralelne. Vstupy Bx1 "+" a Bx1 "-" je navyše možné pripojiť k riadiacemu a monitorovaciemu obvodu pomocou krútenej dvojlinky. Spoločný vodič do vstupného obvodu musí byť vždy pripojený oddelene pre oba kanály, aby bol zabezpečený spoľahlivý prenos riadiacich impulzov.
Vzhľadom na to, že pri veľmi dlhom impulze dochádza k spoľahlivému prenosu riadiacich impulzov, v prípade minimálneho krátkeho riadiaceho impulzu je potrebné skontrolovať kompletnú konfiguráciu.
Záver 12 (ST "+ E pit")
Pin 12 je stavový výstup, ktorý potvrdzuje prítomnosť napájania (+18 V) na výstupnej (napájacej) časti drivera. Je zostavený podľa okruhu s otvoreným kolektorom. Pri bežnej činnosti budiča (prítomnosť výkonu a jeho dostatočná úroveň) je stavový výstup prepojený so spoločným výstupom riadiaceho obvodu pomocou otvoreného tranzistora. Ak je tento stavový výstup zapojený podľa schémy na Obr. 11, potom bude núdzová situácia zodpovedať úrovni vysokého napätia na ňom (+5 V). Normálna prevádzka ovládača bude zodpovedať úrovni nízkeho napätia na tomto stavovom kolíku. Typická hodnota prúdu pretekajúceho cez stavový kolík zodpovedá 10 mA, preto sa hodnota odporu R vypočíta podľa vzorca R = U / 0,01,
kde U je napájacie napätie. Keď napájacie napätie klesne pod 12 V, výkonový tranzistor sa vypne a budič sa zablokuje.
Záver 11 (Sz)
Na kolík 11 je pripojený ďalší kondenzátor, ktorý zvyšuje čas oneskorenia medzi vstupnými a výstupnými impulzmi t na budiči. Štandardne (bez prídavného kondenzátora) je tento čas presne 1 μs, vďaka čomu ovládač nereaguje na impulzy kratšie ako 1 μs (ochrana proti impulznému šumu). Hlavným účelom tohto oneskorenia je eliminovať výskyt priechodných prúdov vznikajúcich v polovičných mostíkoch. Prostredníctvom prúdov dochádza k zahrievaniu výkonových tranzistorov, spúšťaniu núdzovej ochrany, zvýšeniu spotreby prúdu a zhoršeniu účinnosti obvodu. Zavedením tohto oneskorenia môžu oba kanály budiča naloženého na polovičnom mostíku ovládať jeden signál vo forme štvorcovej vlny.
Napríklad modul 2MBI 150 má oneskorenie vypnutia 3 μs, preto, aby sa vylúčil výskyt priechodných prúdov v module pri spoločnom riadení kanálov, je potrebné dodať dodatočnú kapacitu aspoň 1200 pF na oboch kanáloch.
Na zníženie vplyvu okolitej teploty na čas oneskorenia je potrebné zvoliť kondenzátory s malým TKE.
Záver 10 (CT)
Pin 10 je stavový výstup núdzového stavu na výkonovom tranzistore prvého kanála. Vysoká logická úroveň na výstupe zodpovedá normálnej činnosti ovládača a nízka úroveň zodpovedá poruche. Alarm sa spustí, keď saturačné napätie na výkonovom tranzistore prekročí prahovú úroveň. Maximálny prúd pretekajúci výstupom je 8 mA.
Pin 9 (BLOK)
Pin 6 je riadiaci vstup ovládača. Keď sa naň aplikuje logická jednotka, vodič sa zablokuje a blokovacie napätie sa privedie na výkonové tranzistory. Blokovací vstup je spoločný pre oba kanály. Pre normálnu činnosť ovládača musí byť na tento vstup privedená logická nula.
Pin 8 sa nepoužíva.
Závery 7 (+5 V) a 6 (spoločné)
Piny 6 a 7 sú vstupy na pripojenie napájania k ovládaču. Napájanie je napájané z 8 W zdroja s výstupným napätím 5 ± 0,5 V. Napájanie budiča musí byť privedené krátkymi vodičmi (pre zníženie strát a zvýšenie odolnosti proti hluku). Ak sú pripojovacie vodiče dlhšie ako 25 cm, je potrebné medzi ne umiestniť odrušovacie kondenzátory čo najbližšie k budiču (keramický kondenzátor s kapacitou 0,1 μF).
Pin 15 (IR)
Pin 15 (merací kolektor) je pripojený ku kolektoru výkonového tranzistora. Prostredníctvom neho sa monitoruje napätie na otvorenom tranzistore. V prípade skratu alebo preťaženia napätie na otvorenom tranzistore prudko stúpa. Pri prekročení prahovej hodnoty napätia na kolektore tranzistora sa výkonový tranzistor zablokuje a spustí sa poruchový stav ST. Časové diagramy procesov prebiehajúcich v ovládači pri spustení ochrany sú znázornené na obr. Prahová hodnota činnosti ochrany môže byť znížená pripojením diód zapojených do série navzájom a prahová hodnota saturačného napätia U sat. por = 7 –n U pr.VD, kde n je počet diód, U pr.VD - pokles napätia na otvorenej dióde. Ak je výkonový tranzistor napájaný zo zdroja 1700 V, je potrebné osadiť prídavnú diódu s prierazným napätím minimálne 1000 V. Katóda diódy je pripojená ku kolektoru výkonového tranzistora. Čas odozvy ochrany je možné nastaviť pomocou výstupu 16-IR1.
Pin 16 (IR1)
Pin 16 (merací kolektor) na rozdiel od pinu 15 nemá zabudovanú diódu a obmedzovací odpor. Je potrebné pripojiť kondenzátor, ktorý určuje čas odozvy saturačnej napäťovej ochrany na otvorenom tranzistore. Toto oneskorenie je potrebné, aby sa eliminoval vplyv rušenia na obvod. Vplyvom zapojenia kondenzátora sa doba odozvy ochrany zvyšuje úmerne s blokovacou kapacitou t = 4 C U sat. por., kde C je kapacita kondenzátora, pF. Tento čas sa pripočítava k internému času oneskorenia vodiča t off (10 %) = 3 μs. Štandardne má budič kapacitu C = 100 pF, preto je oneskorenie činnosti ochrany t = 4 100 6,3 + t off (10 %) = 5,5 μs. V prípade potreby je možné tento čas zvýšiť pripojením kapacity medzi 16. kolík a spoločný napájací vodič napájacej jednotky.
Závery 17 (z 2) a 18 (z 1)
Kolíky 17 a 18 sú výstupy ovládača. Sú určené na pripojenie výkonových tranzistorov a nastavenie doby ich zapnutia. Cez kolík 17 (výstup 2) sa do brány ovládaného modulu privádza kladný potenciál (+18 V) a cez kolík 18 (výstup 1) záporný potenciál (–5 V). Ak je potrebné zabezpečiť strmé ovládacie hrany (asi 1 μs) a nie veľmi vysoký výkon záťaže (dva paralelne zapojené moduly 2MBI 150), je prípustné priame pripojenie týchto výstupov k ovládacím výstupom modulov. Ak potrebujete dotiahnuť okraje alebo obmedziť riadiaci prúd (v prípade veľkej záťaže), potom je potrebné moduly pripojiť na piny 17 a 18 cez obmedzovacie odpory.
V prípade, že saturačné napätie prekročí prahovú úroveň, dôjde k ochrannému plynulému poklesu napätia na hradle riadiaceho tranzistora. Doba poklesu napätia na hradle tranzistora na úroveň 90% t off (90%) = 0,5 μs, na úroveň 10% t off (10%) = 3 μs. Je potrebné plynulé zníženie výstupného napätia, aby sa vylúčila možnosť prepätia napätia.
Kolíky 19 (– E jamka), 20 (Spoločné) a 21 (+ E jamka)
Piny 19, 20 a 21 sú výstupy napájania výkonovej časti vodiča. Tieto piny sú napájané napätím z DC / DC meniča drivera. Ak sú drivery ako MD215, MD250, MD280 použité bez vstavaných DC / DC meničov, pripájajú sa sem externé zdroje: pin 19 –5 V, pin 20 - spoločný, 21 pinov +18 V pre prúd do 0,2 A.
Výpočet a výber vodiča
Počiatočným údajom pre výpočet je vstupná kapacita modulu C in alebo ekvivalentný náboj Q in, vstupný odpor modulu R in, kolísanie napätia na vstupe modulu U = 30 V (uvedené v referenčných informáciách modulu) , maximálna pracovná frekvencia, pri ktorej f modul pracuje max.
Je potrebné nájsť impulzný prúd pretekajúci riadiacim vstupom modulu Imax, maximálny výkon DC / DC meniča P.
Obrázok 16 znázorňuje ekvivalentný obvod vstupu modulu, ktorý pozostáva z kapacity hradla a obmedzovacieho odporu.
Ak počiatočné údaje nastavujú náboj Q in, potom je potrebné ho prepočítať na ekvivalentnú vstupnú kapacitu C in = Q in / D U.
Jalový výkon pridelený na vstupnej kapacite modulu sa vypočíta podľa vzorca Pc = f Q v D U. Celkový výkon DC / DC meniča budiča P je súčtom výkonu spotrebovaného výstupným stupňom driver Pout a jalový výkon pridelený na vstupnej kapacite Pc modulu: P = P out + Ps.
Pracovná frekvencia a kolísanie napätia na vstupe modulu boli vo výpočtoch brané ako maximálne, preto bol pri normálnej prevádzke budiča získaný maximálny možný výkon DC / DC meniča.
Keď poznáte odpor obmedzovacieho odporu R, môžete nájsť impulzný prúd pretekajúci ovládačom: I max = D U / R.
Na základe výsledkov výpočtov je možné vybrať najoptimálnejší ovládač potrebný na ovládanie výkonového modulu.
Ovládače tranzistorov s efektom poľa
Budiče pre MOSFET a IGBT tranzistory sú zariadenia na ovládanie výkonných polovodičových súčiastok v koncových stupňoch meničov elektrickej energie. Používajú sa ako medzičlánok medzi riadiacim obvodom (regulátor alebo digitálny signálový procesor) a výkonnými akčnými členmi.
Etapy vývoja energetickej (výkonovej) elektroniky sú determinované pokrokmi v technológiách výkonových spínačov a ich riadiacich schém. Dominantným trendom vo výkonovej elektronike je zvyšovanie pracovných frekvencií meničov, ktoré sú súčasťou spínaných zdrojov. Konverzia elektriny pri vyšších frekvenciách zlepšuje špecifické hmotnostné a veľkostné charakteristiky impulzných transformátorov, kondenzátorov a filtračných tlmiviek. Dynamické a statické parametre výkonových zariadení sa neustále zlepšujú, no efektívne ovládať treba aj výkonné klávesy. Výkonné vysokorýchlostné meniče MOSFET a IGBT sú navrhnuté pre vyváženú interakciu medzi riadiacim obvodom a koncovými stupňami. Budiče majú vysoké výstupné prúdy (až 9 A), krátke doby nábehu, doby poklesu, oneskorenia a ďalšie zaujímavé charakteristické vlastnosti. Klasifikácia vodičov je znázornená na obrázku 2.15.
Obrázok 2.15 -Klasifikácia ovládačov
Vodič musí mať aspoň jeden externý kolík (dva v okruhoch push-pull), ktorý je povinný. Môže slúžiť ako predimpulzný zosilňovač, ale aj priamo ako kľúčový prvok spínaného zdroja.
Bipolárne tranzistory, MOS tranzistory a zariadenia spúšťacieho typu (tyristory, triaky) možno použiť ako riadené zariadenie v silových obvodoch na rôzne účely. Požiadavky na vodiča vykonávajúceho optimálnu kontrolu v každom z týchto prípadov sú odlišné. Budič bipolárneho tranzistora musí riadiť prúd bázy pri zapnutí a zabezpečiť resorpciu menšinových nosičov v báze počas fázy vypínania. V tomto prípade sa maximálne hodnoty riadiaceho prúdu len málo líšia od priemeru v príslušnom intervale. Tranzistor MOS je riadený napätím, avšak na začiatku intervalov zapnutia a vypnutia musí vodič prejsť veľkými impulznými prúdmi nabíjania a vybíjania kapacít zariadenia. Zariadenia typu spúšťača vyžadujú vytvorenie krátkeho prúdového impulzu iba na začiatku spínacieho intervalu, pretože vypínanie (spínanie) v najbežnejších zariadeniach prebieha pozdĺž hlavných a nie riadiacich elektród. Všetky tieto požiadavky musia v tej či onej miere spĺňať príslušní vodiči.
Obrázky 2.16 ... 2.18 znázorňujú typické obvody na zapínanie bipolárnych a poľných MOS tranzistorov pomocou jedného tranzistora v budiči. Ide o takzvané obvody s pasívnym vypínaním výkonového tranzistora. Ako je zrejmé z obrázku, tieto obvody sú úplne identické v štruktúre budiča, čo umožňuje použitie rovnakých obvodov na ovládanie tranzistorov oboch typov. V tomto prípade dochádza k resorpcii nosičov nahromadených v štruktúre tranzistora prostredníctvom pasívneho prvku - externého odporu. Jeho odpor, ktorý obchádza ovládací prechod nielen pri jeho vypnutí, ale aj počas intervalu zapnutia, nemožno zvoliť príliš malý, čo obmedzuje rýchlosť rozptylu náboja.
Na zvýšenie rýchlosti tranzistora a vytvorenie vysokofrekvenčných spínačov je potrebné znížiť odpor obvodu vybíjania náboja. To sa vykonáva pomocou resetovacieho tranzistora, ktorý sa zapne iba počas intervalu pauzy. Zodpovedajúce riadiace obvody pre bipolárne a MOS tranzistory sú znázornené na obrázku 2.17.
Hodnota avatarov v psychológii
Hodnota avatarov v psychológii
Ako zdôrazniť písmeno v MS Word
Čo to znamená, ak je avatar osoby
Ako si vytvoriť svoj vlastný Twitter moment