Güçlü MOSFET'ler küçük bir nüans dışında herkes için iyidir - bunları doğrudan mikrodenetleyici pinlerine bağlamak çoğu zaman imkansızdır.
Bunun nedeni, ilk olarak, mikrodenetleyici pimleri için izin verilen akımların nadiren 20 mA'yı aşması ve kapıyı çok hızlı bir şekilde şarj etmeniz veya boşaltmanız gerektiğinde (her zaman bir kapasiteye sahip olan) çok hızlı anahtarlamalı MOSFET'ler (iyi cepheler) için olmasıdır. ), akımlara daha fazla büyüklük sırasına ihtiyaç vardır.
İkincisi, denetleyicinin güç kaynağı genellikle 3 veya 5 Volt'tur ve bu, ilke olarak, yalnızca küçük bir saha çalışanı sınıfını (mantık düzeyi olarak adlandırılır - mantıksal bir kontrol düzeyi ile) doğrudan kontrol etmenize izin verir. Ve genellikle kontrolörün güç kaynağının ve devrenin geri kalanının güç kaynağının ortak bir negatif kabloya sahip olduğu göz önüne alındığında, bu sınıf yalnızca N-kanal "mantık düzeyi" alanlarına indirgenir.
Bu durumda çözümlerden biri, saha çalışanlarının kapılarından büyük akımlar çekmek için hassas bir şekilde tasarlanmış özel mikro devrelerin - sürücülerin kullanılmasıdır. Ancak, bu seçenek dezavantajları olmadan değildir. Birincisi, sürücüler her zaman mağazalarda bulunmaz ve ikincisi oldukça pahalıdır.
Bu bağlamda, herhangi bir düşük voltaj devresinde, örneğin 20 volta kadar, hem N-kanalı hem de P-kanalı saha çalışanlarını kontrol etmek için kullanılabilecek basit, bütçe açısından gevşek bir sürücü yapma fikri ortaya çıktı. herhangi bir elektronik çöp yığını, bu nedenle, bir dizi deneyden sonra aşağıdaki şema doğdu:
- R 1 = 2,2 kΩ, R 2 = 100 Ω, R 3 = 1,5 kΩ, R 4 = 47 Ω
- D 1 - diyot 1N4148 (cam varil)
- T 1, T 2, T 3 - transistörler KST2222A (SOT-23, 1P işaretleme)
- T 4 - BC807 transistör (SOT-23, 5C işaretleme)
Vcc ve Out arasındaki kapasitans, bir P-kanalı alan operatörünün bağlantısını sembolize eder, Out ve Gnd arasındaki kapasitans, bir N-kanallı alan operatörünün bağlantısını sembolize eder (bu saha operatörlerinin kapılarının kapasiteleri).
Noktalı çizgi iki aşamaya ayrılmıştır (I ve II). Bu durumda, ilk aşama bir güç amplifikatörü ve ikinci aşama - bir akım amplifikatörü olarak çalışır. Devrenin çalışması aşağıda detaylı olarak anlatılmıştır.
Yani. Girişte yüksek bir sinyal seviyesi belirirse, transistör T1 açılır, transistör T2 kapanır (tabanındaki potansiyel, emitördeki potansiyelin altına düştüğü için). Sonuç olarak, transistör T3 kapanır ve transistör T4 açılır ve bunun aracılığıyla bağlı alan sürücüsünün kapı kapasitansı yeniden şarj edilir. (T4 transistörünün temel akımı E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd yolu boyunca akar).
Girişte düşük bir sinyal seviyesi belirirse, her şey tam tersi olur - transistör T1 kapanır, bunun sonucunda transistör T2'nin temel potansiyeli yükselir ve açılır. Bu da T3 transistörünün açılmasına ve T4 transistörünün kapanmasına neden olur. Bağlı alan sürücüsünün kapı kapasitansının yeniden şarjı, açık transistör T3 aracılığıyla gerçekleşir. (T3 transistörünün temel akımı Vcc-> T2-> R4-> B T3 -> E T3 yolu boyunca akar).
Bu, genel olarak, tüm açıklamadır, ancak bazı noktalar muhtemelen ek açıklama gerektirir.
İlk olarak, ilk aşamadaki transistör T2 ve diyot D1 ne işe yarar? Burada her şey çok basit. Devrenin farklı durumları için çıkış transistörlerinin temel akımlarının yollarını yukarıda yazdığım hiçbir şey için değildi. Onlara tekrar bakın ve kayışlı bir transistör T2 olmasaydı nasıl olacağını hayal edin. Bu durumda, T4 transistörünün kilidi, Çıkış çıkışından açık T1 ve R2 üzerinden akan büyük bir akımla (transistörün temel akımı anlamına gelir) açılır ve transistör T3, direnç R3'ten akan küçük bir akımla açılır. Bu, çıkış darbelerinin oldukça uzun bir ön kenarına yol açacaktır.
İkincisi, çoğu muhtemelen R2 ve R4 dirençlerine neden ihtiyaç duyulduğuyla ilgilenecektir. Çıkış transistörlerinin tabanlarındaki tepe akımını en azından hafifçe sınırlamak ve son olarak darbelerin ön ve arka kenarlarını kırpmak için onları sıkıştırdım.
Monte edilmiş cihaz şöyle görünür:
Sürücü, smd bileşenleri için kablolanmıştır ve böylece cihazın ana kartına kolayca bağlanabilir (dikey konumda). Yani, ana kartta bir yarım köprüye veya başka bir şeye sahip olabiliriz ve zaten bu panoya sürücü panolarını doğru yerlere dikey olarak yapıştırmak kalır.
Düzenin bazı özellikleri vardır. Kartın boyutunu büyük ölçüde azaltmak için, T4 transistörünü "biraz yanlış" kablolamak zorunda kaldık. Tahtaya lehimlemeden önce, yüzünü aşağı çevirmeniz (işaretleme) ve bacakları ters yönde (tahtaya) bükmeniz gerekir.
Gördüğünüz gibi, yükselme süreleri pratik olarak besleme voltajı seviyesinden bağımsızdır ve 100 ns'nin biraz üzerindedir. Bence böyle bir bütçe tasarımı için oldukça iyi.
Belki de bu makaleyi okuduktan sonra, transistörlere aynı boyutta radyatör takmanız gerekmeyecek.
Bu makalenin çevirisi.
Tercümandan küçük bir mesaj:
Öncelikle bu çeviride terimlerin çevirisinde ciddi sorunlar olabilir, elektrik mühendisliği ve devre ile yeterince ilgilenmedim ama yine de bir şeyler biliyorum; Ayrıca her şeyi olabildiğince anlaşılır bir şekilde çevirmeye çalıştım, bu yüzden bootstrap, MOS transistör vb. kavramları kullanmadım. İkincisi, zaten bir yazım hatası yapmak zorsa (hataları gösteren kelime işlemcilere övgü), o zaman noktalama işaretlerinde hata yapmak oldukça kolaydır.
Ve bu iki noktada, yorumlarda beni olabildiğince sert bir şekilde tekmelemenizi rica ediyorum.
Şimdi makalenin konusu hakkında daha fazla konuşalım - MK'da, Arduino'da, çeşitli yer tabanlı araçların (arabaların) inşa edilmesiyle ilgili çeşitli makalelerle<вставить название>, devrenin tasarımı ve hatta dahası motoru bağlamak için devre yeterince ayrıntılı olarak açıklanmamıştır. Genellikle şöyle görünür:
- motoru alıyoruz
- bileşenleri alıyoruz
- bileşenleri ve motoru bağlarız
- …
- KAR! 1!
Ancak, bir PWM motorunu L239x üzerinden tek yönde döndürmekten daha karmaşık devreler oluşturmak için, genellikle tam köprüler (veya H-köprüler), alan etkili transistörler (veya MOSFET'ler) ve bunlar için sürücüler hakkında bilgi sahibi olmanız gerekir. Hiçbir şey sınırlamazsa, tam köprü için p-kanal ve n-kanal transistörlerini kullanabilirsiniz, ancak motor yeterince güçlüyse, o zaman p-kanal transistörlerinin önce çok sayıda radyatörle ağırlıklandırılması, ardından soğutucuların eklenmesi gerekir. , ancak onları atmak üzücüyse, diğer soğutma türlerini deneyebilir veya devrede yalnızca n-kanal transistörleri kullanabilirsiniz. Ancak n-kanallı transistörlerle ilgili küçük bir sorun var - bazen onları "dostane bir şekilde" açmak oldukça zor.
Bu yüzden diyagramı doğru yapmama yardımcı olacak bir şey arıyordum ve Syed Tahmid Mahbub adında genç bir adamın blogunda bir makale buldum. Bu yazıyı paylaşmaya karar verdim.
Birçok durumda, alan etkili transistörleri üst düzey anahtarlar olarak kullanmamız gerekir. Ayrıca, birçok durumda, hem üst hem de alt seviyelerin anahtarları olarak alan etkili transistörleri kullanmalıyız. Örneğin, köprü devrelerinde. Eksik köprü devrelerinde 1 adet yüksek seviye MOSFET ve 1 adet düşük seviye MOSFET bulunur. Tam köprü devrelerinde 2 adet yüksek seviye MOSFET ve 2 adet düşük seviye MOSFET bulunmaktadır. Bu gibi durumlarda hem üst hem de alt seviye sürücüleri birlikte kullanmamız gerekecek. Bu gibi durumlarda FET'leri çalıştırmanın en yaygın yolu, MOSFET için düşük ve yüksek seviyeli bir anahtar sürücüsü kullanmaktır. Açık farkla en popüler sürücü IC'si IR2110'dur. Ve bu yazıda / eğitimde bunun hakkında konuşacağım.
IR2110 belgelerini IR web sitesinden indirebilirsiniz. İşte indirme bağlantısı: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
Önce blok diyagrama, açıklamaya ve pin konumlarına bir göz atalım:
Şekil 1 - IR2110'un fonksiyonel blok şeması
Şekil 2 - IR2110 pin çıkışı
Şekil 3 - IR2110 pinlerinin açıklaması
Ayrıca IR2110'un iki paket halinde geldiğini belirtmekte fayda var - pin montajı için 14 pinli PDIP ve yüzeye montaj için 16 pinli SOIC.
Şimdi farklı kişiler hakkında konuşalım.
VCC, düşük seviyeli güç kaynağıdır, 10V ile 20V arasında olmalıdır. VDD, IR2110 için mantık gücüdür, + 3V ile + 20V (VSS'ye göre) arasında olmalıdır. Kullanmayı seçtiğiniz gerçek voltaj, giriş sinyallerinin voltaj seviyesine bağlıdır. İşte grafik:
Şekil 4 - Mantıksal 1'in güç kaynağına bağımlılığı
Genellikle + 5V'luk bir VDD kullanılır. VDD = + 5V'de mantık 1'in giriş eşiği 3V'den biraz daha yüksektir. Böylece, VDD = + 5V olduğunda, "1" girişi 3 (biraz) volttan yüksek olduğunda IR2110 bir yükü sürmek için kullanılabilir. Bu, çoğu devre yaklaşık 5V ile beslenme eğiliminde olduğundan, IR2110'un neredeyse tüm devreler için kullanılabileceği anlamına gelir. Mikrodenetleyici kullandığınızda, çıkış voltajı 4V'tan daha yüksek olacaktır (sonuçta mikrodenetleyicide genellikle VDD = + 5V bulunur). Bir SG3525 veya TL494 veya başka bir PWM kontrol cihazı kullanıldığında, 10V'tan daha yüksek bir voltajla çalıştırılmaları gerekebilir, bu da çıkışların mantıksal bir çıkışla 8V'den fazla olacağı anlamına gelir. Böylece IR2110 neredeyse her yerde kullanılabilir.
Mikrodenetleyici veya 3.3V çıkış sağlayan herhangi bir çip (örn. dsPIC33) kullanıyorsanız VDD'yi +4V civarına da düşürebilirsiniz. IR2110 ile devre tasarlarken, bazen IR2110'un VDD'si + 4V'den daha düşük bir değere ayarlandığında devrenin düzgün çalışmadığını fark ettim. Bu nedenle + 4V altında VDD kullanılmasını önermiyorum. Devrelerimin çoğunda sinyal seviyeleri "1" olarak 4V'dan daha düşük bir voltaja sahip değil ve bu nedenle VDD = + 5V kullanıyorum.
Devrede herhangi bir nedenle mantık "1" sinyalinin seviyesi 3V'tan daha düşük bir voltaja sahipse, o zaman bir seviye dönüştürücü / seviye dönüştürücü kullanmanız gerekir, voltajı kabul edilebilir sınırlara yükseltir. Bu gibi durumlarda, 4V veya 5V'a yükseltmenizi ve IR2110'un VDD = + 5V'sini kullanmanızı öneririm.
Şimdi VSS ve COM hakkında konuşalım. VSS, mantığın ülkesidir. COM "düşük getiri"dir - temelde sürücünün alçak zemini. Bağımsızlarmış gibi görünebilir ve sürücü çıkışlarını ve sürücü sinyal mantığını izole etmenin mümkün olabileceğini düşünebilirsiniz. Ancak bu yanlış olur. Dahili olarak bağlı olmamasına rağmen, IR2110 yalıtılmamış bir sürücüdür; bu, VSS ve COM'un her ikisinin de toprağa bağlı olması gerektiği anlamına gelir.
HIN ve LIN lojik girişlerdir. HIN'de yüksek bir sinyal, yüksek anahtarı kontrol etmek istediğimiz anlamına gelir, yani HO'da yüksek seviyeli bir çıkış gerçekleştirilir. HIN'de düşük bir sinyal, yüksek seviyeli MOSFET'i kapatmak istediğimiz anlamına gelir, yani HO'da düşük seviyeli bir çıkış gerçekleştirilir. Yüksek veya düşük HO çıkışı, toprağa göre değil, VS'ye göre kabul edilir. VCC, VB ve VS kullanan amplifikatör devrelerinin (diyot + kapasitör) MOSFET'i sürmek için nasıl yüzer güç sağladığını yakında göreceğiz. VS, değişken bir güç dönüşüdür. Seviye yüksek olduğunda, HO'daki seviye, VS'ye göre VB'deki seviyeye eşittir. Düşük bir seviyede, HO'daki seviye VS'ye göre VS'dir, neredeyse sıfırdır.
Yüksek bir LIN sinyali, düşük bir anahtarı sürmek istediğimiz anlamına gelir, yani LO'da yüksek bir çıkış gerçekleştirilir. Düşük bir LIN sinyali, düşük seviyeli MOSFET'i kapatmak istediğimiz anlamına gelir, yani LO'ya düşük seviyeli bir pin uygulanır. LO'ya çıkış zemine göre kabul edilir. Sinyal yüksek olduğunda, LO'daki seviye VSS'ye göre VCC'deki ile aynıdır, etkin bir şekilde topraklanır. Sinyal düşük olduğunda, LO'daki seviye, VSS'ye göre VSS'deki ile aynıdır, etkin olarak sıfırdır.
SD, durdurma kontrolü olarak kullanılır. Seviye düşük olduğunda, IR2110 etkinleştirilir - durdurma işlevi devre dışı bırakılır. Bu pin yüksek olduğunda, çıkışlar kapatılarak IR2110'un kontrolü devre dışı bırakılır.
Şimdi MOSFET'leri yüksek ve düşük anahtarlar - yarım köprü devreleri olarak sürmek için yaygın IR2110 konfigürasyonlarına bir göz atalım.
Şekil 5 - Yarım köprü kontrolü için IR2110'daki temel devre
D1, C1 ve C2, IR2110 ile birlikte bir amplifikatör devresi oluşturur. LIN = 1 ve Q2 açıkken bir diyot + VCC'nin altında bulunduğundan C1 ve C2 VB'ye yüklenir. LIN = 0 ve HIN = 1 olduğunda, C1 ve C2 üzerindeki yük, yüksek anahtar konfigürasyonunda Q1'i sürmek için Q1 kaynağının seviyesinin üzerinde, bu durumda VB ek voltaj eklemek için kullanılır. Q1 için Q1'in tüm zaman boyunca olması için gerekli şarjı sağlamaya yeterli olması için C1 için yeterince büyük bir kapasite seçilmelidir. Şarj işlemi uzun zaman alacağından ve voltaj seviyesi MOSFET'i açık tutacak kadar artmayacağından C1'in kapasitesi de çok fazla olmamalıdır. Açık durumda ne kadar uzun sürerse, o kadar fazla kapasite gerekir. Bu nedenle, daha düşük bir frekans, daha yüksek bir C1 kapasitesi gerektirir. Daha yüksek bir doldurma faktörü, daha yüksek bir C1 kapasitesi gerektirir. Tabii ki, kapasiteyi hesaplamak için formüller var, ancak bunun için birçok parametreyi bilmeniz gerekiyor ve bazılarını bilmeyebiliriz, örneğin bir kapasitörün kaçak akımı. Bu nedenle, sadece yaklaşık kapasiteyi tahmin ettim. 50Hz gibi düşük frekanslar için 47μF ila 68μF arasında bir kapasitans kullanıyorum. 30-50kHz gibi yüksek frekanslar için 4.7μF ila 22μF kullanıyorum. Elektrolitik kondansatör kullandığımız için bu kondansatöre paralel olarak seramik kondansatör kullanılmalıdır. Güçlendirici kondansatör tantal ise seramik kondansatör isteğe bağlıdır.
D2 ve D3, MOSFET'lerin kapısını hızlı bir şekilde boşaltır, kapı dirençlerini atlar ve kapanma süresini azaltır. R1 ve R2 akım sınırlayıcı kapı dirençleridir.
MOSV maksimum 500V olabilir.
VCC, parazitsiz bir kaynaktan gelmelidir. Filtreleme için + VCC'den toprağa filtreleme ve ayırma kapasitörleri kurmalısınız.
Şimdi IR2110 ile birkaç devre örneğine bakalım.
Şekil 6 - Yüksek voltajlı yarım köprü için IR2110 ile şema
Şekil 7 - Bağımsız tuş kontrolüne sahip yüksek voltajlı tam köprü için IR2110 ile şema (tıklanabilir)
Şekil 7'de tam köprüyü sürmek için kullanılan bir IR2110 görüyoruz. İçinde karmaşık bir şey yok ve bence şimdi zaten anlıyorsunuz. Ayrıca, burada oldukça popüler bir basitleştirme uygulayabilirsiniz: HIN1'i LIN2'ye bağlarız ve HIN2'yi LIN1'e bağlarız, böylece 4 tuşun tümünü 4 yerine sadece 2 giriş sinyali kullanarak kontrol ederiz, bu Şekil 8'de gösterilmektedir.
Şekil 8 - İki girişli anahtar kontrollü (tıklanabilir) yüksek voltajlı tam köprü için IR2110'lu şema
Şekil 9 - Yüksek voltajlı üst düzey bir sürücü olarak IR2110 ile şema
Şekil 9'da üst düzey sürücü olarak kullanılan IR2110'u görüyoruz. Devre oldukça basittir ve yukarıda açıklananla aynı işlevselliğe sahiptir. Dikkate alınması gereken bir şey var - artık düşük seviyeli bir anahtarımız olmadığından, ÇIKIŞ'tan toprağa bağlı bir yük olmalı. Aksi takdirde, yükseltici kondansatör şarj edemeyecek.
Şekil 10 - Düşük seviyeli bir sürücü olarak IR2110 ile şema
Şekil 11 - İkili düşük seviyeli sürücü olarak IR2110 ile şema
IR2110 ile sorun yaşıyorsanız ve her şey sürekli başarısız oluyor, yanıyor veya patlıyorsa, bunun nedeninin kapı kaynaklı dirençleri kullanmamanız olduğundan eminim, tabii ki her şeyi dikkatli bir şekilde tasarlamış olmanız şartıyla. . KAYNAK KESKİNİN ÜZERİNDEKİ DİRENÇLERİ ASLA UNUTMAYIN... İlgileniyorsanız, onlarla olan deneyimimi buradan okuyabilirsiniz (dirençlerin neden hasarı önlediğini de açıklıyorum).
2.3. Güç transistörü kontrol sürücüleri
Sürücüler, çeşitli denetleyicileri ve mantık devrelerini, dönüştürücülerin veya motor kontrol cihazlarının çıkış aşamalarının güçlü transistörleriyle bağlayan kontrol yongalarıdır. Sinyal iletimini sağlayan sürücüler, mümkün olduğunca az zaman gecikmesi sağlamalı ve çıkış aşamaları, transistörlerin kapı devrelerinin büyük kapasitif yük özelliğine dayanmalıdır. Sürücü çıkış aşamasının batan ve batan akımları 0,5 ila 2 A veya daha fazla olmalıdır.
Sürücü bir darbe güç amplifikatörüdür ve güç parametre dönüştürücülerinin güç anahtarlarını doğrudan kontrol etmek için tasarlanmıştır. Sürücü devresi, anahtar transistörün yapı tipine (bipolar, MOS veya IGBT) ve iletkenliğinin tipine ve ayrıca transistörün anahtar devresindeki ("üst", yani açık durumdaki her iki güç çıkışının da yüksek bir potansiyeli vardır veya her iki güç çıkışı da açık durumda sıfır potansiyele sahip olan "alt"). Sürücü, kontrol sinyalini güç ve voltaj açısından büyütmeli, gerekirse potansiyel kaymasını sağlamalıdır. Sürücüye ayrıca anahtar koruma işlevleri atanabilir.
Güç transistör grupları için bir kontrol devresi tasarlarken şunları bilmeniz gerekir:
a) kat köprüsü devresinde "üst" güç anahtarının "yüzer" bir kontrol potansiyelinin sağlanması gereklidir;
b) Anahtarlama için ısı kayıplarını azaltmak için güç elemanlarının kapılarına gelen kontrol sinyallerinin hızlı bir yükseliş ve düşüşünün oluşturulması son derece önemlidir;
c) giriş kapasitörlerinin hızlı yeniden şarj edilmesi için güç elemanlarının kapısını kontrol etmek için yüksek bir akım darbesi değeri sağlamak gereklidir;
d) Çoğu durumda, sürücünün giriş kısmının standart TTL / CMOS dijital sinyalleriyle (kural olarak mikrodenetleyicilerden gelen) elektriksel uyumluluğu gereklidir.
Oldukça uzun bir süre boyunca, geliştiriciler ayrı elemanlar üzerinde kontrol sürücüsü devreleri tasarlamaya zorlandı. Kontrol sürücülerini entegre etme yolundaki ilk önemli olay, International Rectify tarafından geliştirilen IR21xx ve IR22xx serisi mikro devrelerin (ve ardından daha modern modifikasyonları IRS21xx, IRS22xx) ortaya çıkmasıydı. Bugün bu mikro devreler, yukarıdaki gereksinimlerin tümünü karşıladıkları için düşük güçlü dönüştürme ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Güç anahtarı kontrol devresi her zaman, çıkış sinyali (darbe genişliği modülasyonlu darbeler biçiminde) devrenin "ortak" iletkenine göre ayarlanacak şekilde yapılır. Olarak Şekil l'de görülebilir. 2.12, a bir anahtar transistörü için yarı köprü güç aşamasını gösteren VT 2, bu oldukça yeterlidir - "Kontrol 2" sinyali, kaynağı (verici) devrenin "ortak" iletkenine bağlı olduğundan, G2 jeneratörü aracılığıyla transistörün kapısına (tabanı) doğrudan uygulanabilir ve kontrol "ortak" iletkene göre gerçekleştirilir.
Ama transistör ne olacak? VT 1, yarım köprünün üst kolunda hangisi çalışır? eğer transistör VT 2 kapalı durumda ve VT 1 açık, kaynakta VT 1 besleme gerilimi mevcut E Pete. Bu nedenle, transistörü değiştirmek için VTŞekil 1'de gösterildiği gibi, "ortak" devreden galvanik olarak izole edilmiş bir G1 cihazına ihtiyaç vardır; bu, "Kontrol 1" kontrol devresinin darbelerini, sinyallerde bozulmalar oluşturmadan açıkça iletecektir. Bu sorunun klasik çözümü, kontrol transformatörü T1'i açmaktır (Şekil 2.12, B), bir yandan kontrol devrelerini galvanik olarak izole eden ve diğer yandan anahtarlama darbeleri ileten. Bu teknik çözümün "türün klasiği" olarak görülmesi tesadüf değildir: on yıldan fazla bir süredir bilinmektedir.
a B
Pirinç. 2.12. Yarım köprü devrelerinde güç tuşları
Giriş sinyali, mantık seviyesinin standart genliğinin kontrol mikro devresinin sinyalidir ve Vdd pinine uygulanan voltaj yardımı ile klasik 5 voltluk "mantık" ve daha fazlası ile uyumluluk sağlamak mümkündür. modern 3.3 voltluk bir. Sürücünün çıkışında "üst" ve "alt" güç transistörleri için kontrol voltajları bulunmaktadır. Sürücü, gerekli kontrol seviyelerini sağlamak için önlemler aldı, bir galvanik izolasyonun (sözde izolasyon) eşdeğeri oluşturuldu, ek işlevler var - bir kapatma girişi, bir güç düşük voltaj koruma ünitesi, bir kısa kontrol darbeleri filtresi.
Blok diyagramdan da anlaşılacağı gibi (Şekil 2.13) sürücü, yarım köprü devrelerinin üst ve alt kollarını kontrol etmek için tasarlanmış iki bağımsız kanaldan oluşmaktadır. Sürücü girişinde, Schmitt tetikleyicilerine dayalı darbe şekillendiriciler vardır. Vcc ve Vdd girişleri, devrenin güç ve kontrol parçalarının besleme voltajını bağlamak için tasarlanmıştır, güç bölümünün "toprak" busları ve kontrol parçası ayrılmıştır (farklı "ortak" pinler - Vss ve COM).
Çoğu durumda, bu pimler basitçe birbirine bağlanır. Giriş seviyelerini kontrol devresinin seviyeleri ile eşleştirmek için kontrol ve güç parçalarının ayrı güç kaynağı olasılığı da sağlanmıştır. SD girişi koruyucudur. Çıkış aşamaları tamamlayıcı alan etkili transistörlere dayanmaktadır. Mikro devre, dönüşüm devrelerinin bir parçası olarak kararlı çalışmasını sağlayan ek cihazlar içerir: bu, kontrol sinyallerinin seviyesini (Vdd / Vcc seviye kayması) değiştirmek için bir cihaz, kısa darbe gürültüsünü bastırmak için bir cihaz (darbe filtresi), bir anahtarlama gecikmesi cihaz (gecikme) ve düşük voltaj dedektörü, güç kaynağı (UV algılama).
Pirinç. 2. 13. IRS2110 ve IRS2113 mikro devrelerinin fonksiyonel birimleri
Tipik bir sürücü anahtarlama devresi Şek. 2.14. kapasitörler İLE BİRLİKTE 1 ve İLE BİRLİKTEЗ - filtreleme. Üretici, bunları ilgili pimlere mümkün olduğunca yakın yerleştirmenizi önerir. kondansatör İLE BİRLİKTE 2 ve diyot VD 1 - "üst" kol transistörünün kontrol devresine güç sağlayan önyükleme aşaması. kondansatör İLE BİRLİKTE 4 - güç devresinde filtre. dirençler r 1 ve r 2 - cıvata.
Bazen kontrol genişliği modülasyonlu sinyal, iki kontrol girişi tarafından ayrı ayrı üretilemez, ancak değişken bir görev döngüsüne sahip bir menderes şeklinde bir girişe beslenebilir. Böyle bir kontrol yöntemi, örneğin, belirli bir frekansın sinüzoidal sinyalini üreten dönüştürücülerde bulunabilir. Bu durumda, bir yarım köprü transistörün kapanması ile ikincisinin açılması arasında bir "ölü zaman" duraklaması ayarlamak yeterlidir.
Pirinç. 2.14. IRS2110 ve IRS2113 için tipik bağlantı şeması
"Uluslararası Düzeltmeler" şirketinin isimlendirmesinde garantili bir duraklama "ölü zaman" oluşumu için yerleşik bir üniteye sahip böyle bir sürücü mevcuttur - bu IRS2111 mikro devresidir (Şekil 2.15).
Pirinç. 2.15. IRS2111 mikro devresinin fonksiyonel birimleri
Blok şema, sürücünün yarım köprünün üst ve alt kolları için bir duraklama "ölü zaman" oluşumu için yerleşik düğümlere sahip olduğunu gösterir. Üreticinin belgelerine göre, "ölü zaman" değeri, güçlü MOSFET transistörlerinden oluşan yarım köprüleri sürmek için oldukça yeterli olan 650 ns'ye (tipik değer) ayarlanır.
Karmaşık dönüştürücü devrelerini kontrol etmek için sürücüler - tek fazlı ve üç fazlı - çok sayıda eleman içerir, bu nedenle entegre devreler şeklinde üretilmeleri şaşırtıcı değildir. Bu mikro devreler, sürücülerin yanı sıra, seviye dönüştürme devreleri, yardımcı mantık, "ölü" zaman oluşumu için gecikme devreleri, koruma devreleri vb. İçerir. IC sürücülerinin uygulama alanına göre, şunlar vardır: alt anahtar sürücüler; en önemli sürücüler; alt ve üst anahtar sürücüleri; yarım köprü sürücüleri; tek fazlı köprü sürücüleri; üç fazlı köprü sürücüleri.
İntegral sürücülerin ana parametreleri iki gruba ayrılır: dinamik ve operasyonel. Dinamik olanlar, anahtarı açarken ve kapatırken anahtarlama gecikme süresini, çıkış voltajının yükselme ve düşme sürelerini ve koruma devrelerinin tepki süresini içerir. En önemli çalışma parametreleri şunlardır: giriş / çıkış akımının maksimum darbe değeri, giriş seviyeleri, besleme gerilimi aralığı, çıkış empedansı.
Çoğu zaman, sürücülere MOS ve JGBT transistörleri için bazı koruma işlevleri de atanır. Bu işlevler şunları içerir: anahtarın kısa devre koruması; sürücü beslemesinin düşük voltajına karşı koruma;
akımlara karşı koruma; deklanşör arıza koruması.
Otokontrol için sorular
Bipolar ve alan etkili transistörler arasındaki temel farklar, bunları elektronik anahtar olarak kullanırken dikkate alınmalıdır?
MOSFET'in bir araya getirdiği bipolar ve alan etkili transistörlerin avantajları nelerdir?
Transistörlerin ana statik çalışma modlarını listeler. Güç elektroniği cihazlarında transistörler hangi modlarda kullanılmalıdır?
Larionov'un şemasına göre darbe genişliğinin özünü açıklayın
modülasyon (PWM).
Makale, Semikron ve CT Concept tarafından üretilen modüler cihazlara benzer özellikleri açısından endüstriyel kullanım için Electrum AV LLC'nin gelişmelerine ayrılmıştır.
Güç elektroniğinin geliştirilmesi için modern kavramlar, modern mikro elektroniğin teknolojik temelinin seviyesi, çeşitli konfigürasyon ve kapasitelerdeki IGBT cihazlarına dayalı sistemlerin aktif gelişimini belirler. "Ulusal Teknolojik Üs" devlet programında, Kontur işletmesinde (Çeboksary) bir dizi orta güçlü IGBT modülünün ve Kremniy işletmesinde (Bryansk) bir dizi yüksek güçlü IGBT modülünün geliştirilmesi üzerine iki çalışma ayrılmıştır. bu yönde. Aynı zamanda, IGBT modüllerine dayalı sistemlerin kullanımı ve geliştirilmesi, IGBT kapılarını kontrol etmek için yerli sürücü cihazlarının eksikliği ile sınırlıdır. Bu problem aynı zamanda 200 V'a kadar gerilimli dönüştürücü sistemlerinde kullanılan yüksek güçlü alan etkili transistörler için de geçerlidir.
Şu anda, Rus "elektronik" pazarında, güçlü alan etkisi ve IGBT transistörleri için kontrol cihazları Agilent Technologies, IR, Powerex, Semikron, CT Concept tarafından temsil edilmektedir. IR ve Agilent ürünleri, yalnızca transistör ve koruyucu devrelerin kapısını kontrol etmek için sinyal üretmek için bir cihaz içerir ve yüksek güçte veya yüksek frekanslarda transistörlerle çalışma durumunda, uygulamaları için ek elemanlar gereklidir: harici çıkış aşamaları Kenarların gerekli dikliği, koruyucu elemanlar (zener diyotları, diyotlar, vb.), kontrol sisteminin arayüz elemanları (giriş mantığı, yarım köprü cihazları için bir kontrol diyagramının oluşturulması, optik olarak izole edilmiş durum sinyalleri) olan kapılar için kontrol sinyalleri üretmek için kontrollü bir transistörün durumu, besleme voltajları vb.). Powerex ürünleri ayrıca bir DC / DC dönüştürücü gerektirir ve TTL, CMOS ve FOCL ile eşleşmesi için ek harici elemanlar gerekir. Galvanik izolasyonlu gerekli durum sinyalleri de eksik.
İşlevsel olarak en eksiksiz olanları Semikron (SKHI serisi) ve CT Concept'ten (Standart veya SCALE türleri) sürücülerdir. Standart serinin CT Concept sürücüleri ve SKHI sürücüleri, kontrol sistemine bağlantı için konektörlü baskılı devre kartları ve üzerlerine gerekli elemanların takılı olduğu kontrollü transistörler ve tüketici tarafından ayar elemanları kurma yeteneği ile yapılır. Ürünler fonksiyonel ve parametrik özellikleri bakımından birbirine yakındır.
SKHI sürücü terminolojisi Tablo 1'de gösterilmektedir.
Tablo 1. SKHI Sürücü Adlandırması
| Semikron sürücü tipi | Kanal Sayısı | Kontrolde maksimum voltaj. transistör, V | Kapı voltajı değişimi, V | Mach imp. dışarı. akım, bir | Maksimum kapı şarjı, μC | Frekans, kHz | İzolasyon gerilimi, kV | DU / dt, kV / μs |
| SKHI 10/12 | 1 | 1200 | +15/–8 | 8 | 9,6 | 100 | 2,5 | 75 |
| SKHI 10/17 | 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 |
| 23/12 | 2 | 1200 | +15/–8 | 8 | 4,8 | 100 | 2,5 | 75 |
| 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 |
CT Concept SCALE sürücüleri, temel bir hibrit düzeneğe dayanmaktadır ve gerekli ayar elemanlarını kurma imkanı ile bir baskılı devre kartına monte edilmiş güçlü alan veya IGBT transistörlerini sürmek için ana elemanları içerir. Kart ayrıca gerekli konektörler ve yuvalarla donatılmıştır.
CT Concept'ten SCALE sürücülerinin temel hibrit düzeneklerinin isimlendirmesi Tablo 2'de gösterilmektedir.
Electrum AV tarafından üretilen sürücü cihazları, güçlü transistörlerin kapılarını kontrol etmek için gerekli tüm unsurları içeren, akım ve potansiyel sinyallerin gerekli seviyelerini, yükselme sürelerini ve gecikmeleri ve ayrıca gerekli seviyeleri sağlayan tamamen eksiksiz, işlevsel olarak eksiksiz cihazlardır. kontrollü transistörlerin tehlikeli doyma voltajı seviyelerinde (akım aşırı yük veya kısa devre) ve yetersiz geçit voltajında korunması. Uygulanan DC/DC dönüştürücüler ve transistör çıkış kademeleri, minimum anahtarlama kayıplarını sağlamak için herhangi bir gücün kontrollü transistörlerinin yeterli hızda anahtarlanmasını sağlamak için gerekli güçlere sahiptir. DC/DC dönüştürücüler ve optokuplörler, yüksek gerilim uygulamaları için yeterli galvanik izolasyon seviyelerine sahiptir.
Tablo 2. CT Concept'ten SCALE sürücülerinin temel hibrit düzeneklerinin isimlendirilmesi
| CT Concept'e göre sürücü tipi | Kanal Sayısı | Sürücünün güç kaynağı voltajı, V | Mach imp. çıkış akımı, bir | Egzersizde maksimum voltaj. transistör, V | Çıkış gücü, W | Gecikme, ns | İzolasyon gerilimi, V | du / dt, kV / μs | giriş |
| IGD 508E | 1 | ± 15 | ± 8 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Dünya | |
| IGD 515E | 1 | ± 15 | ± 15 | 3300 | 5 | 225 | 5000 | Dünya | |
| IGD 608E | 1 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IGD608А1 17 | 1 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IGD 615A | 1 | ± 15 | ± 15 | 1200 | 6 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IGD615А1 17 | 1 | ± 15 | ± 15 | 1700 | 6 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IHD 215A | 2 | ± 15 | ± 1.5 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IHD 280A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 1 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IHD280А1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 1 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IHD680A | 2 | ± 15 | ± 8 | 1200 | 3 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IHD680A1 17 | 2 | ± 15 | ± 8 | 1700 | 3 | 60 | 4000 | >50 | trans |
| IHD 580 F | 2 | ± 15 | ± 8 | 2500 | 2,5 | 200 | 5000 | Dünya |
Bu makale, tekli transistörleri kontrol etmek için MD115, MD150, MD180 (MD115P, MD150P, MD180P) cihazları ve ayrıca yarım köprü cihazlarını kontrol etmek için MD215, MD250, MD280 (MD215P, MD250P, MD280P) sunacaktır.
Tek kanallı IGBT ve güçlü alan etkili transistörler için sürücü modülü: MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, ID180P
Sürücü modülü MD115, MD150, MD180, MD115P, MD150P, MD180P, paralel bağlantıları da dahil olmak üzere IGBT ve güçlü alan etkili transistörleri kontrol etmek için hibrit bir entegre devredir. Modül, 1700 V'a kadar izin verilen maksimum voltaj, aşırı yük veya kısa devreye karşı koruma, transistörün kapısındaki yetersiz voltaj seviyesine karşı koruma ile çoğu IGBT ve güçlü alan etkili transistörlerle akım ve voltaj seviyelerinde eşleşme sağlar. Transistör çalışma modu ihlal edildiğinde sürücü bir "acil durum" sinyali üretir. Harici elemanların yardımıyla, sürücünün çalışma modu, farklı tipteki transistörlerin optimum kontrolü için ayarlanır. Sürücü, "Kelvin" çıkışlı transistörleri sürmek veya bir akım algılama direnci ile akımı kontrol etmek için kullanılabilir. MD115P, MD150P, MD180P cihazları, sürücünün çıkış aşamalarına güç sağlamak için yerleşik bir DC / DC dönüştürücü içerir. MD115, MD150, MD180 cihazları için harici bir izole güç kaynağı gereklidir.
Pin ataması
1 - "sorun +" 2 - "sorun -" 3 - "giriş +" 4 - "giriş -" 5 - "U pit +" (yalnızca "P" indeksli modeller için) 6 - "U pit -" ( sadece "P") indeksli modeller için 7 - "Ortak" 8 - "+ E çukuru" 9 - "çıkış" - transistör kapısının kontrolü 10 - "-E çukuru" 11 - "napr" - kontrol girişi kontrollü transistörün doyma voltajının 12 - "Akım" - kontrollü transistörden akan akımın kontrol girişi
Çift Kanallı IGBT ve Güç FET Sürücü Modülleri IA215, IA250, IA280, IA215I, IA250I, IA280I
MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P sürücü modülleri, IGBT ve güçlü alan etkili transistörleri, transistörlerin paralel bağlı olduğu zamanlar da dahil olmak üzere hem bağımsız hem de yarım köprü bağlantısında iki kanalda kontrol etmek için hibrit bir entegre devredir. Sürücü, 1700 V'a kadar izin verilen maksimum voltajlara, aşırı yüklere veya kısa devrelere karşı koruma, transistörün kapısında yetersiz voltaj seviyesine sahip çoğu IGBT ve güçlü alan etkili transistörlerle akım ve voltaj seviyelerinde eşleşme sağlar. Sürücü girişleri, 4 kV izolasyon gerilimi ile güç bölümünden galvanik olarak izole edilmiştir. Sürücü, transistörlerin kapılarını sürmek için gerekli seviyeleri oluşturan dahili DC / DC dönüştürücüler içerir. Cihaz, transistörlerin çalışma modunu ve ayrıca gücün varlığını karakterize eden gerekli durum sinyallerini üretir. Harici elemanların yardımıyla, sürücünün çalışma modu, farklı tipteki transistörlerin optimum kontrolü için ayarlanır.
Tablo 4. İki kanallı IGBT ve güç alanı etkili transistörlerin sürücü modülünün pinlerinin tanımı
| Pin numarası | atama | İşlev | Pin numarası | atama | İşlev |
| 14 | Х1 "+" | İlk kanalın doğrudan kontrol girişi | 15 | kızılötesi | İlk kanalın kontrollü transistöründeki doyma voltajını izlemek için ölçüm toplayıcı |
| 13 | Х1 "-" | İlk kanalın ters kontrol girişi | 16 | IR1 | İlk kanalın ayarlanabilir eşik ve blokaj süresi ile doygunluk voltajı kontrol girişi |
| 12 | ST "+ E çukuru" | İlk kanalın çıkış aşamasının besleme voltajının durumu | 17 | Out2 | İlk kanalın kontrollü transistörünün açma süresinin ayarlanması ile transistörün kapı kontrol çıkışı |
| 11 | Sz | İlk kanalın ek bir kondansatörünün (açılma gecikme süresinin ayarlanması) bağlanması için giriş | 18 | çıkış1 | İlk kanalın kontrollü transistörünün kapalı zaman ayarı ile transistör kapısı kontrol çıkışı |
| 10 | NS | İlk kanalın kontrollü transistöründe alarm durumu çıkışı | 19 | –E çukuru | |
| 9 | ENGELLEMEK | Girişi engelleme | 20 | Yaygın | İlk kanalın sürücüsünün güç bölümünün besleme voltajlarının çıkışları |
| 8 | Dahil değil | 21 | + E çukuru | İlk kanalın sürücüsünün güç bölümünün besleme voltajlarının çıkışları | |
| 7 | + 5V | 22 | + E çukuru " | ||
| 6 | Giriş devresinin güç kaynağını bağlamak için giriş | 23 | Yaygın " | İkinci kanalın sürücüsünün güç bölümünün besleme voltajlarının çıkışları | |
| 5 | Х2 "+" | İkinci kanalın doğrudan kontrol girişi | 24 | –E çukuru" | İkinci kanalın sürücüsünün güç bölümünün besleme voltajlarının çıkışları |
| 4 | Х2 "-" | İkinci kanalın ters kontrol girişi | 25 | çıkış1" | İkinci kanalın kontrollü transistörünün açma süresinin ayarlanması ile transistörün kapı kontrol çıkışı |
| 3 | ST "+ E çukuru" 9 | İkinci kanalın çıkış aşamasının besleme voltajının durumu | 26 | çıkış2" | İkinci kanalın kontrollü transistörünün kapanma süresinin ayarlanması ile transistörün kapı kontrol çıkışı |
| 2 | Sz9 | İkinci kanalın ek bir kondansatörünün (anahtarlama gecikme süresinin ayarlanması) bağlanması için giriş | 27 | IR1" | Ayarlanabilir eşik ve ikinci kanalın blokaj süresi ile doygunluk voltajı kontrol girişi |
| 1 | ST9 | İkinci kanalın kontrollü transistöründe alarm durumu çıkışı | 28 | IR " | İkinci kanalın kontrollü transistöründeki doyma voltajını izlemek için ölçüm toplayıcı |
Her iki MD1XXX ve MD2XXX tipindeki cihazlar, gerekli dinamik parametrelerle, şarj ve deşarj akımlarının ayrı ayrı ayarlanabilen değerine sahip transistörlerin kapıları için kontrol sinyallerinin oluşumunu sağlar, aşağıdaki durumlarda voltaj kontrolünü ve transistör kapılarının korunmasını sağlar. üzerlerinde yetersiz veya aşırı voltaj. Her iki cihaz türü de kontrollü transistörün doyma voltajını izler ve kritik durumlarda düzgün bir acil yük bağlantısının kesilmesini sağlayarak bunu gösteren bir opto-bağlı sinyal üretir. Bu işlevlere ek olarak, MD1XXX serisinin cihazları, harici bir akım ölçüm direnci - "şönt" kullanarak kontrollü transistör üzerinden akımı kontrol etme yeteneğine sahiptir. 0,1'den birkaç mOhm'a kadar dirençli ve onlarca ve yüzlerce W gücünde, seramik tabanlarda, nominal ayarlı hassas geometrili nikrom veya manganin şeritleri şeklinde yapılmış bu tür dirençler de Electrum AV LLC tarafından geliştirilmiştir. Onlar hakkında daha ayrıntılı bilgi www.orel.ru/voloshin web sitesinde bulunabilir.
Tablo 5. Temel elektrik parametreleri
| giriş devresi | ||||
| dk. | bir çeşit. | Maks. | ||
| Besleme gerilimi, V | 4,5 | 5 | 18 | |
| Tüketim akımı, mA | yüksüz 80'den fazla değil, yükte 300mA'dan fazla değil | |||
| Giriş mantığı | CMOS 3-15 V, TTL | |||
| Kontrol giriş akımı, mA | 0,5'ten fazla değil | |||
| Çıkış gerilimi st, V | 15'ten fazla değil | |||
| st, mA çıkışında çıkış akımı | 10'dan az değil | |||
| çıkış devresi | ||||
| Tepe çıkış akımı, A | ||||
| MD215 | 1.5'ten fazla değil | |||
| MD250 | 5.0'dan fazla değil | |||
| MD280 | 8.0'dan fazla değil | |||
| Çıkış ortalama akımı, mA | 40'tan fazla değil | |||
| Maksimum anahtarlama frekansı, kHz | 100'den az değil | |||
| Gerilim değişim hızı, kV / μs | 50'den az değil | |||
| Kontrollü transistördeki maksimum voltaj, V | 1200'den az değil | |||
| DC / DC çevirici | ||||
| Çıkış voltajları, V | 15'ten az değil | |||
| Güç, W | 1'den az değil 6'dan az değil (M indeksli modeller için) | |||
| Yeterlik | %80'den az değil | |||
| Dinamik özellikler | ||||
| Gecikme giriş çıkışı t on, μs | 1'den fazla değil | |||
| Koruyucu kapatma gecikmesi t kapalı, μs | 0,5'ten fazla değil | |||
| Durum etkinleştirme gecikmesi, μs | 1'den fazla değil | |||
| Koruma aktivasyonundan sonra kurtarma süresi, μs | 10'dan fazla değil | |||
| 1'den az değil (Сt, Сt "kapasiteleri ile ayarlanır) | ||||
| Transistör açıldığında doyma gerilimi koruma devresinin tepki süresi tblock, μs | 1'den az değil | |||
| Eşik voltajları | ||||
| dk. | bir çeşit. | Maks. | ||
| Yetersiz güç kaynağı E, V için koruma çalışma eşiği | 10,4 | 11 | 11,7 | |
| Kontrollü transistörün doyma voltajı için koruma devresi, çıkışın kapatılmasını ve "IK", V girişindeki voltajda CT sinyalinin oluşmasını sağlar. | 6 | 6,5 | 7 | |
| yalıtım | ||||
| Güç sinyallerine göre kontrol sinyallerinin izolasyon voltajı, V | 4000'den az olmayan alternatif voltaj | |||
| DC / DC dönüştürücünün izolasyon gerilimi, V | 3000 sabit voltajdan az değil | |||
Önerilen sürücüler, yüksek frekanslı (100 kHz'e kadar) transistörleri kontrol etmenize izin verir, bu da çok yüksek dönüşüm süreçleri verimliliği elde etmenizi sağlar.
MD2XXX serisinin cihazlarında, 3 ila 15 V (CMOS) ve standart TTL seviyeleri arasında farklı değerlere sahip sinyalleri kontrol etmenize olanak tanıyan yerleşik bir giriş mantığı bloğu bulunurken, kapılar için aynı seviyede kontrol sinyalleri sağlar. transistörler ve yarım köprünün üst ve alt kolunun anahtarlama gecikmesinin süresini oluşturarak, geçiş akımlarının olmamasını sağlamayı mümkün kılar.
MD2XXX aygıtı örneğinde sürücülerin kullanım özellikleri
Kısa inceleme
MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P sürücü modülleri, IGBT'leri ve güçlü alan etkili transistörleri değiştirmek için tasarlanmış evrensel kontrol modülleridir.
Tüm MD2XXX türleri karşılıklı olarak uyumlu kontaklara sahiptir ve yalnızca maksimum darbe akımı düzeyinde farklılık gösterir.
Daha yüksek güce sahip MD türleri - MD250, MD280, MD250P, MD280P, çoğu modül veya yüksek frekanslarda kullanılan paralel bağlı birkaç transistör için çok uygundur.
MD2XXX serisinin sürücü modülleri, IGBT'ler ve güçlü alan etkili transistörler için kontrol ve koruma sorunlarına eksiksiz bir çözüm sunar. Aslında, girişte veya çıkışta hiçbir ek bileşen gerekli değildir.
Eylem
İki kanalın her biri için MD215, MD250, MD280, MD215P, MD250P, MD280P sürücü modülleri şunları içerir:
- sinyal seviyesi uyumu ve koruyucu bir anahtarlama gecikmesi sağlayan bir giriş devresi;
- giriş devresi ile güç (çıkış) kısmı arasındaki elektriksel izolasyon;
- transistör kapı kontrol devresi; açık bir transistörde;
- sürücü güç bölümünün besleme voltajını izlemek için bir devre;
- amplifikatör;
- sürücünün çıkış kısmındaki voltaj dalgalanmalarına karşı koruma;
- elektriksel olarak izole edilmiş voltaj kaynağı - DC / DC dönüştürücü (sadece P indeksli modüller için)
Her iki sürücü kanalı da birbirinden bağımsız çalışır.
Giriş devresi ve güç ünitesi arasında transformatörler ve optokuplörler tarafından gerçekleştirilen elektriksel izolasyon (1 dakika boyunca 50 Hz'de 2650 V AC gerilime tabidir) ve ayrıca 30 kV'luk son derece yüksek gerilim dönüş hızı nedeniyle / μs, sürücü modülleri, güç bölümü ile kontrol devresi arasında oluşan büyük potansiyel gerilimleri ve büyük potansiyel dalgalanmaları olan devrelerde kullanılır.
MD2XXX serisi sürücülerin çok kısa gecikme süreleri, yüksek frekanslı güç kaynaklarında, yüksek frekanslı dönüştürücülerde ve rezonans dönüştürücülerde kullanımlarına olanak tanır. Son derece kısa gecikme süreleri sayesinde, köprüyü yönlendirirken sorunsuz çalışmayı garanti ederler.
MD2XXX serisi sürücülerin ana işlevlerinden biri, kontrollü güç transistörlerinin kısa devre ve aşırı yükten güvenilir şekilde korunmasını garanti etmektir. Transistörün arıza emniyetli durumu, açık durumda güç transistörünün kollektöründeki voltaj kullanılarak belirlenir. Kullanıcı tanımlı eşik aşılırsa, güç transistörü kapanır ve kontrol girişindeki aktif sinyal seviyesinin sonuna kadar bloke kalır. Bundan sonra, kontrol girişine aktif bir seviye uygulanarak transistör tekrar açılabilir. Bu koruma konsepti, IGBT'leri güvenilir bir şekilde korumak için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Pimlerin işlevsel amacı
Sonuçlar 14 (A1 "+"), 13 (A1 "-")
13 ve 14 numaralı pinler, sürücünün kontrol girişleridir. Kontrol, onlara TTL mantık seviyeleri sağlanarak gerçekleştirilir. Giriş In1 "+" doğrudandır, yani kendisine mantıksal 1 uygulandığında güç transistörü açılır ve 0 uygulandığında kapanır. Giriş In1 "-" terstir, yani ona mantıksal 1 uygulandığında güç transistörü kapanır ve 1 uygulandığında açılır. Genellikle In1 "-" sürücünün giriş kısmının ortak iletkenine bağlanır ve In1 "+" girişi üzerinden kontrol edilir. Sürücünün çevirmeli ve çevirmesiz olarak açılması Şekil 10'da gösterilmektedir.
Tablo 6, bir sürücü kanalının durum diyagramını gösterir.
Bu pinlerde sürücünün giriş ve çıkış kısmı arasındaki elektriksel izolasyon optokuplörler kullanılarak yapılmaktadır. Kullanımları sayesinde, kontrol devresindeki güç transistörü üzerinde ortaya çıkan geçici süreçlerin etkisinin olasılığı hariç tutulmuştur.
Tablo 6. Bir sürücü kanalının durum şeması
| Fx1 + | Fx1– | Transistörün kapısındaki voltaj | Transistör doyma gerilimi> normal | NS | St "+ E çukuru" | Dışarı |
| NS | NS | + | NS | NS | L | L |
| x | x | x | + | ben | H | ben |
| ben | x | x | x | x | H | ben |
| x | H | x | x | x | H | ben |
| H | ben | - | - | H | H | H |
Giriş devresi, yarım köprünün her iki güç transistörünün aynı anda açılmasını önleyen yerleşik korumaya sahiptir. Her iki kanalın kontrol girişlerine aktif bir kontrol sinyali uygulanırsa, devre bloke olur ve her iki güç transistörü de kapanır.
Sürücü modülleri, güç transistörlerine mümkün olduğunca yakın yerleştirilmeli ve onlara mümkün olan en kısa iletkenlerle bağlanmalıdır. Bx1 "+" ve Bx1 "-" girişleri, 25 cm uzunluğa kadar iletkenlerle kontrol ve izleme devresine bağlanabilir.
Ayrıca, iletkenler paralel olarak çalışmalıdır. Ek olarak, Bx1 "+" ve Bx1 "-" girişleri, bükümlü bir çift kullanılarak kontrol ve izleme devresine bağlanabilir. Kontrol darbelerinin güvenilir bir şekilde iletilmesini sağlamak için giriş devresinin ortak iletkeni her iki kanal için her zaman ayrı olarak bağlanmalıdır.
Çok uzun bir darbe durumunda kontrol darbelerinin güvenilir iletiminin gerçekleştiği göz önüne alındığında, minimum kısa bir kontrol darbesi durumunda tam konfigürasyon kontrol edilmelidir.
Sonuç 12 (ST "+ E çukuru")
Pin 12, sürücünün çıkış (güç) kısmında güç kaynağının (+18 V) varlığını doğrulayan bir durum çıkışıdır. Açık kollektör devresine göre montajı yapılır. Sürücünün normal çalışması sırasında (güç kaynağının varlığı ve yeterli seviyesi), durum çıkışı açık bir transistör kullanılarak kontrol devresinin ortak çıkışına bağlanır. Bu durum çıkışı Şekil 11'de gösterilen şemaya göre bağlanırsa, acil durum, üzerinde yüksek bir voltaj seviyesine (+5 V) karşılık gelecektir. Sürücünün normal çalışması, bu durum pininde düşük voltaj seviyesine karşılık gelecektir. Durum pininden geçen akımın tipik değeri 10 mA'ya karşılık gelir, bu nedenle R direncinin değeri R = U / 0.01 formülü kullanılarak hesaplanır,
burada U besleme gerilimidir. Besleme gerilimi 12 V'un altına düştüğünde güç transistörü kapanır ve sürücü bloke olur.
Sonuç 11 (Sz)
Pim 11'e, sürücü üzerindeki giriş ve çıkış darbeleri t arasındaki gecikme süresini artıran ek bir kapasitör bağlanır. Varsayılan olarak (ek kapasitör olmadan) bu süre tam olarak 1 μs'dir, bu nedenle sürücü 1 μs'den daha kısa darbelere yanıt vermez (impuls gürültüsüne karşı koruma). Bu gecikmenin temel amacı, yarım köprülerde oluşan geçiş akımlarının oluşumunu ortadan kaldırmaktır. Geçiş akımları, güç transistörlerinin ısınmasına, acil durum korumasını tetiklemesine, akım tüketiminin artmasına ve devrenin veriminin kötüleşmesine neden olur. Bu gecikmeyi devreye sokarak, yarım köprüye yüklenen sürücünün her iki kanalı da kare dalga şeklinde bir sinyali kontrol edebilir.
Örneğin, 2MBI 150 modülünün 3 μs'lik bir kapanma gecikmesi vardır, bu nedenle, kanallar birlikte kontrol edildiğinde modülde geçiş akımlarının oluşmasını önlemek için, en az 1200'lük bir ek kapasitans sağlamak gerekir. Her iki kanalda da pF.
Ortam sıcaklığının gecikme süresi üzerindeki etkisini azaltmak için, küçük bir TKE'ye sahip kapasitörlerin seçilmesi gerekir.
Sonuç 10 (CT)
Pin 10, birinci kanalın güç transistöründeki acil durumun durum çıkışıdır. Çıkıştaki yüksek bir mantık seviyesi, sürücünün normal çalışmasına karşılık gelir ve düşük bir seviye, bir arızaya karşılık gelir. Alarm, güç transistöründeki doyma voltajı eşik seviyesini aştığında meydana gelir. Çıkıştan geçen maksimum akım 8 mA'dır.
Pim 9 (BLOK)
Pin 6, sürücünün kontrol girişidir. Buna mantıksal bir birim uygulandığında, sürücünün çalışması engellenir ve güç transistörlerine engelleme gerilimi uygulanır. Engelleme girişi her iki kanal için ortaktır. Sürücünün normal çalışması için bu girişe mantıksal bir sıfır uygulanmalıdır.
Pin 8 kullanılmaz.
Sonuçlar 7 (+5 V) ve 6 (ortak)
Pin 6 ve 7, sürücüye güç bağlantısı için girişlerdir. Güç, 5 ± 0,5 V çıkış voltajına sahip 8 W'lık bir kaynaktan sağlanır. Güç, sürücüye kısa iletkenlerle bağlanmalıdır (kayıpları azaltmak ve gürültü bağışıklığını artırmak için). Bağlantı iletkenleri 25 cm'den uzunsa, aralarına sürücüye mümkün olduğunca yakın parazit giderme kapasitörleri yerleştirmek gerekir (0,1 μF kapasiteli seramik kapasitör).
Pim 15 (IR)
Pin 15 (ölçüm kollektörü), güç transistörünün kollektörüne bağlanır. Bu sayede açık transistör üzerindeki voltaj izlenir. Kısa devre veya aşırı yük durumunda, açık transistör üzerindeki voltaj keskin bir şekilde yükselir. Transistör kollektöründeki voltaj eşik değeri aşıldığında güç transistörü kilitlenir ve ST arıza durumu tetiklenir. Koruma tetiklendiğinde sürücüde meydana gelen süreçlerin zamanlama diyagramları Şekil 7'de gösterilmektedir. Koruma çalışma eşiği, birbirine seri bağlanmış diyotlar ve doyma gerilimi U sat'ın eşik değeri bağlanarak azaltılabilir. por. = 7 –n U pr.VD, burada n diyot sayısıdır, U pr.VD - açık bir diyot boyunca voltaj düşüşü. Güç transistörüne 1700 V'luk bir kaynaktan güç veriliyorsa, arıza voltajı en az 1000 V olan ek bir diyot takılması gerekir. Diyotun katodu, güç transistörünün toplayıcısına bağlanır. Korumanın tepki süresi, 16-IR1 çıkışı kullanılarak ayarlanabilir.
Pim 16 (IR1)
Pim 16 (ölçüm toplayıcı), pim 15'in aksine yerleşik bir diyot ve sınırlayıcı dirence sahip değildir. Açık transistörde doyma gerilimi korumasının tepki süresini belirleyen bir kapasitör bağlamak gerekir. Bu gecikme, parazitin devre üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için gereklidir. Kondansatörün bağlanması sayesinde, koruma yanıt süresi, engelleme kapasitesi t = 4 C U sat ile orantılı olarak artar. por., burada C, kondansatörün kapasitansı, pF. Bu süre, sürücünün dahili gecikme süresi t kapalı (%10) = 3 μs'ye eklenir. Varsayılan olarak, sürücünün kapasitansı C = 100 pF'dir, bu nedenle koruma çalışma gecikmesi t = 4 100 6,3 + t kapalı (%10) = 5,5 μs'dir. Gerekirse 16. pin ile güç ünitesinin ortak güç kaynağı kablosu arasındaki kapasitans bağlanarak bu süre arttırılabilir.
Sonuçlar 17 (2'den) ve 18'den (1'den)
17 ve 18 numaralı pinler sürücü çıkışlarıdır. Güç transistörlerini bağlamak ve açılma sürelerini ayarlamak için tasarlanmıştır. Pim 17 (çıkış 2) aracılığıyla, kontrollü modülün kapısına pozitif bir potansiyel (+18 V) ve pim 18 (çıkış 1) aracılığıyla - bir negatif potansiyel (–5 V) sağlanır. Dik kontrol kenarları (yaklaşık 1 μs) ve çok yüksek yük gücü (paralel bağlı iki adet 2MBI 150 modülü) sağlamak gerekiyorsa, bu çıkışların modüllerin kontrol çıkışlarına doğrudan bağlanmasına izin verilir. Kenarları sıkıştırmak veya kontrol akımını sınırlamak gerekirse (büyük bir yük durumunda), modüller sınırlayıcı dirençler aracılığıyla pim 17 ve 18'e bağlanmalıdır.
Doyma geriliminin eşik seviyesini aşması durumunda, kontrol transistörünün kapısındaki gerilimde koruyucu düzgün bir düşüş meydana gelir. Transistörün kapısındaki voltajın %90 t off (%90) = 0,5 μs, %10 t off (%10) = 3 μs seviyesine düşme süresi. Gerilim dalgalanması olasılığını ortadan kaldırmak için çıkış geriliminde kademeli bir düşüş gereklidir.
Pinler 19 (–E çukuru), 20 (Ortak) ve 21 (+ E çukuru)
19, 20 ve 21 numaralı pinler, sürücünün güç bölümünün güç kaynağı çıkışlarıdır. Bu pinler, sürücünün DC/DC dönüştürücüsünden voltaj ile beslenir. Dahili DC / DC dönüştürücüler olmadan MD215, MD250, MD280 gibi sürücülerin kullanılması durumunda, harici güç kaynakları buraya bağlanır: pin 19 –5 V, pin 20 - ortak, 21 pin +18 V, 0,2'ye kadar akım için A.
Sürücünün hesaplanması ve seçimi
Hesaplama için ilk veriler, modüldeki C'nin giriş kapasitansı veya eşdeğer yük Q in, modüldeki R'nin giriş direnci, modül girişindeki voltaj dalgalanması U = 30 V (modül referans bilgilerinde verilmiştir) , f modülünün çalıştığı maksimum çalışma frekansı maks.
Imax modülünün kontrol girişinden akan darbe akımını, DC / DC dönüştürücü P'nin maksimum gücünü bulmak gerekir.
Şekil 16, kapı kapasitansı ve sınırlayıcı dirençten oluşan modül girişinin eşdeğer devresini göstermektedir.
İlk verilerde Q yükü belirtilirse, onu eşdeğer giriş kapasitansı C'de = Q in / DU U olarak yeniden hesaplamak gerekir.
Modülün giriş kapasitansında tahsis edilen reaktif güç, D U'da Pc = f Q formülü ile hesaplanır. Sürücünün DC / DC dönüştürücünün toplam gücü, P sürücüsünün çıkış aşaması tarafından tüketilen gücün toplamıdır. sürücü Pout ve Pc modülünün giriş kapasitansında tahsis edilen reaktif güç: P = P out + Ps.
Hesaplamalarda modülün girişindeki çalışma frekansı ve voltaj salınımı maksimum olarak alınmış, bu nedenle DC/DC dönüştürücünün mümkün olan maksimum gücü, sürücünün normal çalışması sırasında elde edilmiştir.
Sınırlayıcı direnç R'nin direncini bilerek, sürücüden akan darbe akımını bulabilirsiniz: I max = DU / R.
Hesaplamaların sonuçlarına dayanarak, güç modülünü kontrol etmek için gereken en uygun sürücüyü seçmek mümkündür.
Alan etkili transistör sürücüleri
MOSFET ve IGBT transistörleri için sürücüler, elektrik enerjisi dönüştürücülerinin çıkış aşamalarında güçlü yarı iletken cihazları kontrol etmeye yönelik cihazlardır. Kontrol devresi (kontrolör veya dijital sinyal işlemcisi) ile güçlü aktüatörler arasında bir ara bağlantı olarak kullanılırlar.
Enerji (güç) elektroniğinin gelişim aşamaları, güç anahtarları teknolojilerindeki ve bunların kontrol şemalarındaki gelişmelerle belirlenir. Güç elektroniğindeki baskın eğilim, güç kaynaklarının anahtarlanmasının bir parçası olan dönüştürücülerin çalışma frekanslarını artırmaktır. Elektriğin daha yüksek frekanslarda dönüştürülmesi, darbe transformatörlerinin, kapasitörlerin ve filtre bobinlerinin özgül ağırlık ve boyut özelliklerini iyileştirir. Güç cihazlarının dinamik ve statik parametreleri sürekli olarak gelişiyor, ancak güçlü anahtarların da etkin bir şekilde kontrol edilmesi gerekiyor. Güçlü yüksek hızlı MOSFET ve IGBT sürücüleri, kontrol devresi ve çıkış aşamaları arasında dengeli etkileşim için tasarlanmıştır. Sürücüler yüksek çıkış akımlarına (9 A'ya kadar), kısa yükselme sürelerine, düşme sürelerine, gecikmelere ve diğer ilginç ayırt edici özelliklere sahiptir. Sürücülerin sınıflandırılması Şekil 2.15'te gösterilmiştir.
Şekil 2.15 - Sürücülerin sınıflandırılması
Sürücü, zorunlu olan en az bir harici pime (iki itme-çekme devresinde) sahip olmalıdır. Bir anahtarlamalı güç kaynağında doğrudan bir anahtar eleman olarak olduğu kadar, bir ön anahtarlama amplifikatörü olarak da hizmet edebilir.
Bipolar transistörler, MOS transistörler ve tetik tipi cihazlar (tristörler, triyaklar) çeşitli amaçlarla güç devrelerinde kontrollü bir cihaz olarak kullanılabilir. Bu durumların her birinde optimum kontrolü gerçekleştiren sürücü için gereksinimler farklıdır. Bipolar transistör sürücüsü, açma sırasında taban akımını kontrol etmeli ve kapatma aşaması sırasında tabandaki azınlık taşıyıcılarının emilmesini sağlamalıdır. Bu durumda, kontrol akımının maksimum değerleri, karşılık gelen aralıkta ortalamadan çok az farklıdır. MOS transistörü voltaj kontrollüdür, ancak açma ve kapama aralıklarının başlangıcında, sürücü cihaz kapasitelerinin büyük darbe akımlarını şarj ve deşarj etmelidir. Tetik tipi cihazlar, en yaygın cihazlarda kapatma (anahtarlama) ana devre boyunca gerçekleştiğinden ve kontrol elektrotları boyunca gerçekleşmediğinden, yalnızca anahtarlama aralığının başlangıcında kısa bir akım darbesi oluşturulmasını gerektirir. Tüm bu gereksinimler, ilgili sürücüler tarafından bir dereceye kadar karşılanmalıdır.
Şekil 2.16 ... 2.18, sürücüde bir transistör kullanarak bipolar ve alan MOS transistörlerini açmak için tipik devreleri göstermektedir. Bunlar, güç transistörünün pasif olarak kapatıldığı devrelerdir. Şekilden de görülebileceği gibi, bu devreler sürücünün yapısında tamamen aynıdır, bu da her iki tipteki transistörleri kontrol etmek için aynı devrelerin kullanılmasına izin verir. Bu durumda, transistörün yapısında biriken taşıyıcıların emilmesi, pasif bir eleman - harici bir direnç aracılığıyla gerçekleşir. Sadece kapatıldığında değil, aynı zamanda açma aralığı sırasında da kontrol geçişini atlayan direnci, çok küçük seçilemez, bu da şarj dağılma oranını sınırlar.
Transistörün hızını artırmak ve yüksek frekanslı anahtarlar oluşturmak için şarj deşarj devresinin direncini azaltmak gerekir. Bu, yalnızca duraklama aralığı sırasında açılan bir sıfırlama transistörü kullanılarak yapılır. Bipolar ve MOSFET'ler için ilgili kontrol devreleri Şekil 2.17'de gösterilmiştir.
Taramalı Atomik Kuvvet Mikroskobu Laboratuvar raporu şunları içermelidir:
Havai iletişim ağı desteklerinin raflarının seçimi
AC katener tasarımı ve hesaplanması
Mikroişlemci sistemlerinin geliştirilmesi Mikroişlemci sistemlerinin tasarım aşamaları
mcs51 ailesinin mikrodenetleyicileri