Драйвер ir2101 как проверить

Обновлено: 08.07.2024

2) транзистор в составе системы должен иметь возможность прямого управления от логической низковольтной части системы, обычно измеряемого относительно общей шины. Таким образом, напряжение низковольтной части должно иметь смещение относительно источника питания высоковольтной части системы, которое, в свою очередь, часто является двуполярным;

3) мощность, потребляемая схемой управления затвором, не должна существенно влиять на общую производительность системы коммутации.

Основной задачей драйвера для обеспечения указанных выше требований является преобразование уровней напряжения и согласование низковольтной части системы управления, имеющей, как правило, однополярное питание, и высоковольтной части, к которой часто приложено двуполярное напряжение с высоким потенциалом.

Второй задачей, решаемой с помощью специализированных драйверов, является обеспечение высоких значений токов затвора, переключающих силовые транзисторы. Дело в том, что высоковольтные силовые ключи, как правило, имеют значительные паразитные емкости, способные накапливать большие заряды в области затвора. Для полноценного переключения таких транзисторов этот заряд необходимо рассосать или накачать, что и обеспечивается с помощью больших выходных токов драйвера.

Кроме того, драйверы силовых ключей, в отличие от простых преобразователей уровня, снабжены множественными механизмами защиты как самого драйвера, так и управляемых ключей, что позволяет выполнять формирование выходных управляющих сигналов согласно определенным алгоритмам, чтобы предотвратить выход системы из строя в аварийной ситуации.

Интегральные драйверы, производимые компанией International Rectifier, предоставляют широкий набор функций, необходимых для управления силовыми MOSFET- или IGBT-ключами.

Типы драйверов компании IR

В зависимости от функциональной насыщенности и выполняемых функций, изделия компании International Rectifier можно разделить на несколько типов:

драйверы нижнего и драйверы верхнего ключа;
драйверы, совмещающие управление верхним и нижним ключом;
полумостовые драйверы;
трехфазные драйверы.

Познакомимся подробнее с типами драйверов и особенностями их применения.

В зависимости от базового включения силового транзистора в систему, он является верхним или нижним ключом. На рисунке 1 представлена схема, в которой силовой транзистор является верхним ключом. Если нагрузка включена между плюсом силовой шины и стоком силового транзистора, подключенного истоком к общей шине, то в такой схеме транзистор будет являться силовым нижним ключом.

Рис. 1. Пример схемы включения силового транзистора в качестве верхнего ключа

Компания International Rectifier выпускает такие драйверы в одноканальном и двуканальном исполнении, с различными значениями выходных токов (до 4 А) и вариантами конфигураций инвертированных входов. Перечень доступных микросхем представлен в таблице 1.

Таблица 1. Микросхемы драйверов верхнего/нижнего ключей

Следует отметить, что любой драйвер верхнего ключа может быть использован в качестве драйвера нижнего ключа, если применение доступных драйверов нижнего ключа не может обеспечить требуемых рабочих характеристик системы.

Драйверы полумостов

Механизм встроенного временного промежутка Dead-Time обеспечивает гарантированное закрытие одного силового ключа до момента начала открытия ключа в противоположном плече. Гарантией надежного закрытия противоположного транзистора является встроенная схема, контролирующая состояние ключей, и наличие схемы задержки, формирующей промежуток времени, в течение которого закрыты оба транзистора в плечах полумоста.

Большинство драйверов обоих типов имеет структуру, представленную на рисунке 2 на примере структурной схемы драйвера IRS2110.

Рис. 2. Внутренняя структурная схема драйвера IRS2110

Рис. 3. Типовые схемы включения полумостовых драйверов: без Dead-Time (а) и с Dead-Time (б)

Номенклатура полумостовых драйверов в портфеле IR очень широка. В следующих сводных таблицах 2 и 3 приводится информация о микросхемах, представляющих наибольший интерес для пользователя.

Таблица 2. Полумостовые драйверы без встроенной функции Dead-Time

Таблица 3. Полноценные полумостовые драйверы (с Dead-Time)

Трехфазные драйверы

Для управления электродвигателями часто применяются трехфазные системы электропривода. Естественно, такую систему управления силовыми транзисторами можно реализовать с помощью трех полумостовых драйверов. Но, при всей своей очевидности, данное решение получается довольно габаритным, различие значений некоторых параметров драйверов разных фаз может приводить к «перекосам» системы, снижению эффективности управления и понижению общего КПД системы.

Поэтому компания IR предлагает готовые решения данной задачи, реализованные в виде трехфазных драйверов. Наиболее интересным примером такого драйвера является микросхема IRS26302D, представленная на рисунке 4. Драйвер имеет семь выходных каналов, управляемых независимыми входами. Шесть каналов используются для построения самого трехфазного моста, а седьмой канал может применяться для реализации корректора коэффициента мощности (ККМ) или системы защиты и рекуперации.

Рис. 4. Типовая схема включения семиканального трехфазного драйвера

Естественно, одной этой микросхемой семейство трехфазных драйверов, производимых компанией IR, не исчерпывается. Более полный перечень микросхем с указанием их ключевых параметров приводится в таблице 4.

Таблица 4. Трехфазные драйверы и их ключевые параметры

Драйверы измерения тока

При использовании вышеуказанных интегральных драйверов остается открытым вопрос о контроле тока, потребляемого нагрузкой. Если интегральная микросхема драйвера имеет функцию контроля тока, то, как правило, она просто сообщает о возникновении неисправности, используя дополнительный выход сигнализации об ошибке, никак не расшифровывая причину ее возникновения. Одной из причин аварийной ситуации может быть перегрузка по току выходного каскада.

Для контроля тока, потребляемого нагрузкой, компания International Rectifier выпускает интегральные микросхемы, позволяющие реализовать данную функцию. На рисунке 5 приведены схемы контроля тока, потребляемого нагрузкой, на микросхеме, совмещенной с драйвером (а), и специализированной микросхеме измерения тока (б).

Рис. 5. Примеры включения драйверов, контролирующих ток в нагрузке

Расчет параметров цепи вольтодобавки (bootstrap)

Для стабильной работы любой коммутационной схемы важен правильный выбор необходимых элементов обвязки. Для драйверов верхнего плеча и любого типа драйверов полумостов одной из важнейших внешних цепей является цепь вольтодобавки, элементами которой являются диод и конденсатор. Эти два элемента обеспечивают разность напряжения «затвор-исток», необходимую для гарантированного открывания внешнего выходного транзистора. Расположенные локально развязывающие конденсаторы на силовых и слаботочных шинах питания позволяют в значительной степени уменьшить уровень излучаемых помех, компенсируя индуктивность проводников.

Выбор номинального рабочего напряжения конденсатора вольтодобавки C_boot должен основываться на максимальном значении напряжения питания микросхемы V_cc. Емкость конденсатора выбирается, исходя из следующих параметров:

требуемое напряжение для управления транзистором;
максимальный сквозной ток I_QBS для схем управления верхним ключом;
токи цепей смещения в пределах драйвера;
ток утечки «затвор-исток» I_QBS транзистора;
ток утечки самого конденсатора вольтодобавки.

Последнее условие актуально только для электролитических конденсаторов. При использовании конденсаторов других типов им можно пренебречь. Поэтому неэлектролитические конденсаторы более предпочтительны для применения в цепи вольтодобавки.

Минимальная емкость компенсационного конденсатора может быть вычислена по следующей формуле:

[1]

Диод вольтодобавки должен выдерживать максимальное напряжение, существующее на силовой шине. Например, такая ситуация возникает, когда верхний ключ открыт, и к диоду оказывается приложено все напряжение шины. Значение прямого тока через диод зависит от частоты переключения силового ключа, то есть, от частоты заряда затворной емкости. Например, для транзистора IRF450, работающего на частоте 100 кГц, ток через диод составит примерно 12 мА.

Ток утечки при повышенной температуре для этого диода является важным критерием в приложениях, где конденсатор должен поддерживать заряд в течение длительного времени. Поэтому необходимо, чтобы этот диод быстро восстанавливался с целью уменьшения заряда, попадающего обратно в цепь питания с конденсатора вольтодобавки.

Борьба с отрицательными выбросами в цепи Vs

При работе с мощной индуктивной нагрузкой (мощные электродвигатели), а также при недостаточно грамотной трассировке выходного каскада мощных систем, на выходе системы можно столкнуться с высокоамплитудными выбросами обратной полярности. Описанная ситуация продемонстрирована на рисунке 6.

Рис. 6. Появление на выходе выброса обратной полярности

Почему возникает такая ситуация и чем она может быть опасна? Рассмотрим случай работы системы на индуктивную нагрузку: когда открыт верхний ключ, через нагрузку протекает некоторый ток. При закрытии верхнего ключа вплоть до момента открытия нижнего (Dead-Time) ток в индуктивную нагрузку продолжает течь через диод нижнего транзистора, т.к. ток через индуктивность не может скачком упасть до нуля. Исток нижнего транзистора подключен к общей шине «земля», а поскольку ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим, то получается, что выброс напряжения на линии Vs имеет обратную полярность (эпюра напряжения на линии Vs приведена на рисунке 6). Этот обратный выброс через внутреннюю структуру драйвера начинает перезаряжать емкости микросхемы, что может привести к ложному отпиранию верхнего ключа. А исходя из алгоритма управления, по прошествии интервала времени Dead-Time будет открыт нижний транзистор. В этом случае возникнет сквозной ток через оба плеча системы, что наверняка приведет к выходу системы из строя, а возможно, и к возгоранию элементов устройства. Опасность выбросов отрицательного напряжения значительно возрастает с увеличением площади кристалла силового транзистора и повышением плотности тока, коммутируемого транзистором в течение короткого времени.

Интегральные микросхемы-драйверы компании International Rectifier гарантированно выдерживают отрицательные выбросы на шине Vs как минимум, до -5 В относительно общего провода. В случае, если выброс превышает указанное значение, выход управления верхнего ключа временно блокируется в текущем состоянии. Оставаясь в пределах максимально допустимых значений для Vs, эта ситуация не вызывает повреждений интегральной микросхемы, тем не менее, выходной буферный каскад не будет реагировать на изменения входного сигнала до тех пор, пока отрицательный выброс не завершится.

Для оценки устойчивости схемотехнического решения к таким экстремальным ситуациям, как короткое замыкание нагрузки или перегрузка по току (в обоих случаях отношение di/dt ® max), необходимо отслеживать поведение сигналов в двух точках:

Измерения следует проводить непосредственно на выводах микросхемы драйвера для того, чтобы были отражены все параметры соединений, включая паразитные воздействия линий связи и взаимного размещения, как указано на рисунке 7.

Рис. 7. Точки измерения критических параметров сигнала при возникновении отрицательных выбросов на шине Vs

Следующие мероприятия позволяют гарантировать стабильную работу системы, несмотря на воздействия импульсных помех.

1. Минимизация паразитных влияний:

а) использование коротких проводников максимально возможной толщины между ключами и драйвером, без петель и отклонений;

в) снижение индуктивности выводов электрорадиоэлементов за счет снижения высоты расположения их корпусов над поверхностью печатной платы;

г) размещение обоих ключей локализовано в «силовой» части в непосредственной близости от драйвера для максимального сокращения длины трасс.

2. Снижение воздействий на управляющую микросхему драйвера:

а) соединения цепей Vs и COM рекомендуется выполнять так, как изображено на рисунке 8;

Рис. 8. Рекомендуемая топология соединений драйвера и силовых ключей

б) минимизация паразитных параметров цепей управления затворами транзисторов путем использования коротких трасс типа «точка-точка»;

в) следует размещать управляющую микросхему драйвера как можно ближе к силовым ключам с целью минимизации длины трасс.

3. Улучшение развязки:

а) увеличение емкости конденсатора вольтодобавки до величины более 0,47 мкФ наряду с использованием как минимум одного конденсатора с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС). Это уменьшит степень перезарядки конденсатора в результате значительного повышения Vs при выбросе напряжения;

б) использование второго конденсатора с низким ЭПС в качестве фильтрующего в цепях Vs и COM. Так как этот конденсатор будет обеспечивать поддержку обоих выходных буферов и перезарядку конденсатора Сboot, то его емкость должна быть как минимум в 10 раз больше емкости конденсатора вольтодобавки;

в) если требуется включение резистора последовательно с диодом вольтодобавки, то необходимо убедиться, что напряжение шины VB не будет опускаться ниже значения общего провода COM, особенно в момент включения и максимальных значений частоты и скважности.

Следование приведенным рекомендациям позволяет значительно сократить уровень помех, возникающих в результате отрицательных выбросов напряжения. Однако, если уровень выбросов остается достаточно велик, то может оказаться необходимым снижение скорости нарастания выходного напряжения dV/dt.

Рис. 9. Область безопасной работы драйверов IR при появлении выбросов обратной полярности

Устойчивость к выбросам отрицательного напряжения является определяющим фактором при выборе управляющей микросхемы драйвера.

Заключение

Как следует из статьи, выбор драйвера для коммутации силовых MOSFET или IGBT не является трудной задачей. Достаточно определить требуемые энергетические показатели разрабатываемой системы и выбрать ее топологию. Следование указаниям по схемотехнике и топологии, приводимым в документации на микросхему и рекомендациях по применению, избавит от проблем, возникающих при работе системы. Современные интегральные драйверы компании International Rectifier 5-го поколения имеют защитные цепи и не подвержены выходу из строя при возникновении кратковременных выбросов отрицательного напряжения.

Широкая номенклатура изделий International Rectifier и их высокое качество позволяют построить надежную силовую систему любого уровня сложности с минимальными затратами как на этапе проектирования схемотехники, так и на этапе изготовления конечного устройства.

В этом материале пойдет речь о центральном звене схемотехники источников бесперебойного питания (ИБП) - контроллере инвертора, в частности, автор описывает диагностику довольно распространенной микросхемы IR2101 фирмы International Rectifier.

Одним из важнейших элементов любого ИБП является инвертор, который позволяет преобразовывать напряжение постоянного тока аккумулятора в выходное напряжение переменного тока ИБП. Инвертор представляет собой несколько транзисторов (их количество определяется мощностью инвертора), переключающихся в определенной последовательности. Алгоритм переключения транзисторов инвертора и определяет форму выходного напряжения ИБП. А поэтому, схема управления инвертором, без преувеличения является центральным звеном всей схемотехники источника бесперебойного питания.

Эквивалентная схема инвертора ИБП представлена на рис. 1. Со вторичной (повышающей) обмотки силового трансформатора Т1 снимается переменное напряжение величиной 220. 230 В. Источником тока в первичной обмотке является аккумулятор ИБП. Для создания переменного тока в обмотке Т1 используются транзисторные ключи, которые коммутируются по определенному алгоритму, задаваемому микропроцессором или схемой ШИМ контроллера.

Рис. 1. Эквивалентная схема инвертора ИБП

Для создания первой полуволны переменного тока открываются, например, транзисторы Q1 и Q4, при этом через первичную обмотку силового трансформатора Т1 течет ток, направление которого показано на рис. 2. Для создания второй полуволны открываются транзисторы Q2 и Q3, при этом через Т1 течет ток в противоположном направлении (рис. 3). Вот так, поочередно коммутируя транзисторы Q1, Q2, Q3 и Q4, создается переменный выходной ток ИБП. В представленной схеме можно выделить "верхние" ключи (Q1, Q2) и "нижние" ключи (Q3, Q4). Через верхние ключи к обмотке трансформатора прикладывается питающее напряжение от аккумулятора, а через нижние ключи обмотка подключается на общий провод.

Рис. 2. Фаза 1 - открыты транзисторы Q1, Q4

Рис. 3. Фаза 2 - открыты транзисторы Q2, Q3

В реальных схемах ИБП каждый из ключей Q1, Q2, Q3 и Q4 может выполняться в виде целого ряда параллельно включенных транзисторов, имеющих общее управление (рис. 4). Мощные ключевые транзисторы инвертора в подавляющем своем большинстве являются транзисторами типа MOSFET или IGBT. Управление транзисторами этого типа требует некоторых особенностей, в том числе - для обеспечения ключевого режима транзисторов необходимо использование двухтактного комплементарного каскада для формирования импульсов на затворе (рис. 5).

Рис. 4. Параллельное включение транзисторов инвертора

Рис. 5. Двухтактные комплементарные выходные каскады управляющей схемы для управления MOSFET-транзисторами

Для упрощения схемы, снижения стоимости и повышения технологичности производства печатного монтажа, в современных ИБП применяются микросхемы, обеспечивающие формирование управляющих сигналов инвертора. Эти микросхемы часто называют драйверами транзисторов инвертора. Одним из примеров микросхем драйверов может служить IR2101, в частности, она используется в источнике бесперебойного питания APC "BackUPS BF500GR/BF350GR".

Описание микросхемы IR2101

Микросхема IR2101 представляет собой формирователь сигналов для управления высоковольтными транзисторами MOSFET и IGBT, коммутирующими напряжение до 600 В. Микросхема обеспечивает независимое управление транзисторами "верхних" и "нижних" ключей, позволяя переключать их с очень высокой скоростью. Микросхема управляется сигналами логических уровней CMOS и LSTTL. Выходные каскады микросхемы являются сильноточными, позволяя тем самым увеличить скорость переключения транзисторов MOSFET и IGBT. Микросхема производится в двух типах корпусов (рис. 6): DIP-8 (IR2101) и SO-8 (IR2101S).Типовой вариант включения микросхемы представлен на рис. 7.

Рис. 6. Типы корпусов микросхемы

Рис. 7. Типовой вариант включения микросхемы IR2101

Выходом HO управляется "верхний" ключ, а выходом LO - "нижний" ключ. Длительность и соотношение импульсов на выходах HO и LO определяется сигналами на входах микросхемы - HIN и LIN.

Основные характеристики выходных импульсов IR2101 представлены в табл. 1.

Мужчины, здравствуйте.
Битый час сижу и туплю над вроде бы простейшей схемой питания ШИМа в импульсном БП (в зеленом прямоугольнике). Резистор с сетевой банки, и потом переход на питание от ТПИ после запуска.

Как оно работает? При превышении напряжения на стабилитроне запирается VT3? А как он (VT3) тогда вообще открывается, если VT2 практически полностью заперт резистором в 180 ом на землю?

Или эта схема такой хитрый стабилизатор?

Елки палки, стыдно от собственной несообразительности

Лучше не надо. Я тут недавно тему создал радиобрелок 433мгц, уже 15 страниц

Добавлено 22.12.2017 22:00

чет там перемудрили, хватило бы обычного параметрического стабилизатора

Информация Неисправность Прошивки Схемы Справочники Маркировка Корпуса Сокращения и аббревиатуры Частые вопросы Полезные ссылки

Справочная информация

Этот блок для тех, кто впервые попал на страницы нашего сайта. В форуме рассмотрены различные вопросы возникающие при ремонте бытовой и промышленной аппаратуры. Всю предоставленную информацию можно разбить на несколько пунктов:

Диагностика
Определение неисправности
Выбор метода ремонта
Поиск запчастей
Устранение дефекта
Настройка

Неисправности

Все неисправности по их проявлению можно разделить на два вида - стабильные и периодические. Наиболее часто рассматриваются следующие:

не включается
не корректно работает какой-то узел (блок)
периодически (иногда) что-то происходит

О прошивках

Большинство современной аппаратуры представляет из себя подобие программно-аппаратного комплекса. То есть, основной процессор управляет другими устройствами по программе, которая может находиться как в самом чипе процессора, так и в отдельных микросхемах памяти.

На сайте существуют разделы с прошивками (дампами памяти) для микросхем, либо для обновления ПО через интерфейсы типа USB.

Схемы аппаратуры

Начинающие ремонтники часто ищут принципиальные схемы, схемы соединений, пользовательские и сервисные инструкции. Это могут быть как отдельные платы (блоки питания, основные платы, панели), так и полные Service Manual-ы. На сайте они размещены в специально отведенных разделах и доступны к скачиванию гостям, либо после создания аккаунта:

Справочники

На сайте Вы можете скачать справочную литературу по электронным компонентам (справочники, таблицу аналогов, SMD-кодировку элементов, и тд.).

Marking (маркировка) - обозначение на электронных компонентах

Современная элементная база стремится к миниатюрным размерам. Места на корпусе для нанесения маркировки не хватает. Поэтому, производители их маркируют СМД-кодами.

Package (корпус) - вид корпуса электронного компонента

При создании запросов в определении точного названия (партномера) компонента, необходимо указывать не только его маркировку, но и тип корпуса. Наиболее распостранены:

DIP (Dual In Package) – корпус с двухрядным расположением контактов для монтажа в отверстия
SOT-89 - пластковый корпус для поверхностного монтажа
SOT-23 - миниатюрный пластиковый корпус для поверхностного монтажа
TO-220 - тип корпуса для монтажа (пайки) в отверстия
SOP (SOIC, SO) - миниатюрные корпуса для поверхностного монтажа (SMD)
TSOP (Thin Small Outline Package) – тонкий корпус с уменьшенным расстоянием между выводами
BGA (Ball Grid Array) - корпус для монтажа выводов на шарики из припоя

Краткие сокращения

При подаче информации, на форуме принято использование сокращений и аббревиатур, например:

Сокращение	Краткое описание
LED	Light Emitting Diode - Светодиод (Светоизлучающий диод)
MOSFET	Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - Полевой транзистор с МОП структурой затвора
EEPROM	Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory - Электрически стираемая память
eMMC	embedded Multimedia Memory Card - Встроенная мультимедийная карта памяти
LCD	Liquid Crystal Display - Жидкокристаллический дисплей (экран)
SCL	Serial Clock - Шина интерфейса I2C для передачи тактового сигнала
SDA	Serial Data - Шина интерфейса I2C для обмена данными
ICSP	In-Circuit Serial Programming – Протокол для внутрисхемного последовательного программирования
IIC, I2C	Inter-Integrated Circuit - Двухпроводный интерфейс обмена данными между микросхемами
PCB	Printed Circuit Board - Печатная плата
PWM	Pulse Width Modulation - Широтно-импульсная модуляция
SPI	Serial Peripheral Interface Protocol - Протокол последовательного периферийного интерфейса
USB	Universal Serial Bus - Универсальная последовательная шина
DMA	Direct Memory Access - Модуль для считывания и записи RAM без задействования процессора
AC	Alternating Current - Переменный ток
DC	Direct Current - Постоянный ток
FM	Frequency Modulation - Частотная модуляция (ЧМ)
AFC	Automatic Frequency Control - Автоматическое управление частотой

Частые вопросы

Как мне дополнить свой вопрос по теме Помогите разобраться со схемой?

После регистрации аккаунта на сайте Вы сможете опубликовать свой вопрос или отвечать в существующих темах. Участие абсолютно бесплатное.

Кто отвечает в форуме на вопросы ?

Ответ в тему Помогите разобраться со схемой как и все другие советы публикуются всем сообществом. Большинство участников это профессиональные мастера по ремонту и специалисты в области электроники.

Как найти нужную информацию по форуму ?

Возможность поиска по всему сайту и файловому архиву появится после регистрации. В верхнем правом углу будет отображаться форма поиска по сайту.

По каким еще маркам можно спросить ?

По любым. Наиболее частые ответы по популярным брэндам - LG, Samsung, Philips, Toshiba, Sony, Panasonic, Xiaomi, Sharp, JVC, DEXP, TCL, Hisense, и многие другие в том числе китайские модели.

Какие еще файлы я смогу здесь скачать ?

При активном участии в форуме Вам будут доступны дополнительные файлы и разделы, которые не отображаются гостям - схемы, прошивки, справочники, методы и секреты ремонта, типовые неисправности, сервисная информация.

Полезные ссылки

Здесь просто полезные ссылки для мастеров. Ссылки периодически обновляемые, в зависимости от востребованности тем.

vt1 отпирается стабилитроном, vt2 - сигналом с моста обмотки обратной связи. vt3 - общий ключ

Ты, наверное, это хотел спросить?
.
Методика проверки микросхемы IR2101

Так как микросхема IR2101 устанавливается в каскадах управления ключами инвертора и имеет непосредственную гальваническую связь с мощными транзисторами, то отказ этих микросхем - явление весьма обычное и распространенное при пробоях силовых транзисторов. Можно даже утверждать, что в случае пробоя транзисторов инвертора очень мала вероятность "выживания" микросхемы. Поэтому при диагностике ИБП, содержащих IR2101, проверка исправности микросхемы является одной из обязательных процедур.

При отказе полевого транзистора зачастую наблюдается пробой перехода сток-затвор (исток-затвор), при этом к выходам микросхемы (HO и LO) прикладывается высокое напряжение, и через внутренние транзисторы IR2101 начинает протекать чрезвычайно большой ток, что приводит к пробою внутренних выходных транзисторов микросхемы. Именно это и является основной их неисправностью. Таким образом, проверить микросхему IR2101 достаточно просто - необходимо просто убедиться в исправности внутренних выходных транзисторов. Для этого измеряют сопротивление между следующими выводами микросхемы: 8 и 7, 7 и 6, 1 и 5, 5 и 4.

У исправной микросхемы во всех четырех случаях сопротивление должно быть бесконечно большим. Если это условие не соблюдается, то микросхему необходимо заменить. Естественно, что если вы будете проводить измерения, не выпаивая микросхемы, то необходимо учесть сопротивление внешних элементов (резисторов, диодов, стабилитронов, переходов транзисторов), которые могут быть подключены к перечисленным выводам микросхемы.

В заключение необходимо заметить, что подобный способ проверки данной микросхемы справедлив и для других приборов данной серии. Например, в стиральных машинах ARISTON/INDESIT с 3-фазным приводным мотором в электронном модуле используются выходные каскады с использованием микросхем IR2106, выполняющих аналогичные функции, что и IR2101. К тому же расположение выводов у указанных приборов совпадает. Они различаются только своими электрическими характеристиками.

Во-первых, в данном переводе могут быть серьёзные проблемы с переводом терминов, я не занимался электротехникой и схемотехникой достаточно, но всё же что-то знаю; также я пытался перевести всё максимально понятно, поэтому не использовал такие понятия, как бутсрепный, МОП-транзистор и т.п. Во-вторых, если орфографически сейчас уже сложно сделать ошибку (хвала текстовым процессорам с указанием ошибок), то ошибку в пунктуации сделать довольно-таки просто.
И вот по этим двум пунктам прошу пинать меня в комментариях как можно сильнее.

Теперь поговорим уже больше о теме статьи — при всём многообразии статей о построении различных транспортных средств наземного вида (машинок) на МК, на Arduino, на <вставить название>, само проектирование схемы, а тем более схемы подключения двигателя не описывается достаточно подробно. Обычно это выглядит так:
— берём двигатель
— берём компоненты
— подсоединяем компоненты и двигатель
— …
— PROFIT!1!

Но для построения более сложных схем, чем для простого кручения моторчика с ШИМ в одну сторону через L239x, обычно требуется знание о полных мостах (или H-мостах), о полевых транзисторах (или MOSFET), ну и о драйверах для них. Если ничто не ограничивает, то можно использовать для полного моста p-канальные и n-канальные транзисторы, но если двигатель достаточно мощный, то p-канальные транзисторы придётся сначала обвешивать большим количеством радиаторов, потом добавлять кулеры, ну а если совсем их жалко выкидывать, то можно попробовать и другие виды охлаждения, либо просто использовать в схеме лишь n-канальные транзисторы. Но с n-канальными транзисторами есть небольшая проблема — открыть их «по-хорошему» подчас бывает довольно сложно.

Поэтому я искал что-нибудь, что мне поможет с составлением правильной схемы, и я нашёл статью в блоге одного молодого человека, которого зовут Syed Tahmid Mahbub. Этой статьёй я и решил поделится.

Во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи верхнего уровня. Также во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи как и верхнего, так и нижнего уровней. Например, в мостовых схемах. В неполных мостовых схемах у нас есть 1 MOSFET верхнего уровня и 1 MOSFET нижнего уровня. В полных мостовых схемах мы имеем 2 MOSFETа верхнего уровня и 2 MOSFETа нижнего уровня. В таких ситуациях нам понадобится использовать драйвера как высокого, так и низкого уровней вместе. Наиболее распространённым способом управления полевыми транзисторами в таких случаях является использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней для MOSFET. Несомненно, самым популярным микросхемой-драйвером является IR2110. И в этой статье/учебнике я буду говорить о именно о нём.

Давайте для начала взглянем на блок-схему, а также описание и расположение контактов:

Рисунок 1 — Функциональная блок-схема IR2110

Рисунок 2 — Распиновка IR2110

Рисунок 3 — Описание пинов IR2110

Также стоит упомянуть, что IR2110 выпускается в двух корпусах — в виде 14-контактного PDIP для выводного монтажа и 16-контактного SOIC для поверхностного монтажа.

Теперь поговорим о различных контактах.

VCC — это питание нижнего уровня, должно быть между 10В и 20В. VDD — это логическое питание для IR2110, оно должно быть между +3В и +20В (по отношению к VSS). Фактическое напряжение, которое вы выберете для использования, зависит от уровня напряжения входных сигналов. Вот график:

Рисунок 4 — Зависимость логической 1 от питания

Обычно используется VDD равное +5В. При VDD = +5В, входной порог логической 1 немного выше, чем 3В. Таким образом, когда напряжение VDD = +5В, IR2110 может быть использован для управления нагрузкой, когда вход «1» выше, чем 3 (сколько-то) вольт. Это означает, что IR2110 может быть использован почти для всех схем, так как большинство схем, как правило, имеют питание примерно 5В. Когда вы используете микроконтроллеры, выходное напряжение будет выше, чем 4В (ведь микроконтроллер довольно часто имеет VDD = +5В). Когда используется SG3525 или TL494 или другой ШИМ-контроллер, то, вероятно, придётся их запитывать напряжением большим, чем 10В, значит на выходах будет больше, чем 8В, при логической единице. Таким образом, IR2110 может быть использован практически везде.

Вы также можете снизить VDD примерно до +4В, если используете микроконтроллер или любой чип, который даёт на выходе 3.3В (например, dsPIC33). При проектировании схем с IR2110, я заметил, что иногда схема не работает должным образом, когда VDD у IR2110 был выбран менее + 4В. Поэтому я не рекомендую использовать VDD ниже +4В. В большинстве моих схем уровни сигнала не имеют напряжение меньше, чем 4В как «1», и поэтому я использую VDD = +5V.

Если по каким-либо причинам в схеме уровень сигнала логической «1» имеет напряжение меньшее, чем 3В, то вам нужно использовать преобразователь уровней/транслятор уровней, он будет поднимать напряжение до приемлемых пределов. В таких ситуациях я рекомендую повышение до 4В или 5В и использование у IR2110 VDD = +5В.

Теперь давайте поговорим о VSS и COM. VSS это земля для логики. COM это «возврат низкого уровня» — в основном, заземление низкого уровня драйвера. Это может выглядеть так, что они являются независимыми, и можно подумать что, пожалуй, было бы возможно изолировать выходы драйвера и сигнальную логику драйвера. Тем не менее, это было бы неправильно. Несмотря на то что внутренне они не связаны, IR2110 является неизолированным драйвером, и это означает, что VSS и COM должны быть оба подключены к земле.

HIN и LIN это логические входы. Высокий сигнал на HIN означает, что мы хотим управлять верхним ключом, то есть на HO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал на HIN означает, что мы хотим отключить MOSFET верхнего уровня, то есть на HO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в HO, высокий или низкий, считается не по отношению к земле, а по отношению к VS. Мы скоро увидим, как усилительные схемы (диод + конденсатор), используя VCC, VB и VS, обеспечивают плавающее питания для управления MOSFETом. VS это плавающий возврат питания. При высоком уровне, уровень на HO равен уровню на VB, по отношению к VS. При низком уровне, уровень на HO равнен VS, по отношению к VS, фактически нулю.

Высокий сигнал LIN означает, что мы хотим управлять нижним ключом, то есть на LO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал LIN означает, что мы хотим отключить MOSFET нижнего уровня, то есть на LO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в LO считается относительно земли. Когда сигнал высокий, уровень в LO такой же как и в VCC, относительно VSS, фактически земля. Когда сигнал низкий, уровень в LO такой же как и в VSS, относительно VSS, фактически нуль.

SD используется в качестве контроля останова. Когда уровень низкий, IR2110 включен — функция останова отключена. Когда этот вывод является высоким, выходы выключены, отключая управление IR2110.
Теперь давайте взглянем на частые конфигурации с IR2110 для управления MOSFETами как верхних и нижних ключей — на полумостовые схемы.

Рисунок 5 — Базовая схема на IR2110 для управления полумостом

D1, C1 и C2 совместно с IR2110 формируют усилительную цепь. Когда LIN = 1 и Q2 включен, то C1 и С2 заряжаются до уровня VB, так как один диод расположен ниже +VCC. Когда LIN = 0 и HIN = 1, заряд на C1 и С2 используется для добавления дополнительного напряжения, VB в данном случае, выше уровня источника Q1 для управления Q1 в конфигурации верхнего ключа. Достаточно большая ёмкость должна быть выбрана у C1 для того чтобы её хватило для обеспечения необходимого заряда для Q1, чтобы Q1 был включён всё это время. C1 также не должен иметь слишком большую ёмкость, так как процесс заряда будет проходить долго и уровень напряжения не будет увеличиваться в достаточной степени чтобы сохранить MOSFET включённым. Чем большее время требуется во включённом состоянии, тем большая требуется ёмкость. Таким образом меньшая частота требует большую ёмкость C1. Больший коэффициент заполнения требует большую ёмкость C1. Конечно есть формулы для расчёта ёмкости, но для этого нужно знать множество параметров, а некоторые из них мы может не знать, например ток утечки конденсатора. Поэтому я просто оценил примерную ёмкость. Для низких частот, таких как 50Гц, я использую ёмкость от 47мкФ до 68мкФ. Для высоких частот, таких как 30-50кГц, я использую ёмкость от 4.7мкФ до 22мкФ. Так как мы используем электролитический конденсатор, то керамический конденсатор должен быть использован параллельно с этим конденсатором. Керамический конденсатор не обязателен, если усилительный конденсатор — танталовый.

D2 и D3 разряжают затвор MOSFETов быстро, минуя затворные резисторы и уменьшая время отключения. R1 и R2 это токоограничивающие затворные резисторы.

+MOSV может быть максимум 500В.

+VCC должен идти с источника без помех. Вы должны установить фильтрующие и развязочные конденсаторы от +VCC к земле для фильтрации.

Давайте теперь рассмотрим несколько примеров схем с IR2110.

Рисунок 6 — Схема с IR2110 для высоковольтного полумоста

Рисунок 7 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с независимым управлением ключами (кликабельно)

На рисунке 7 мы видим IR2110, использованный для управления полным мостом. В ней нет ничего сложного и, я думаю, уже сейчас вы это понимаете. Также тут можно применить достаточно популярное упрощение: HIN1 мы соединяем с LIN2, а HIN2 мы соединяем с LIN1, тем самым мы получаем управление всеми 4 ключами используя всего 2 входных сигнала, вместо 4, это показано на рисунке 8.

Рисунок 8 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с управлением ключами двумя входами (кликабельно)

Рисунок 9 — Схема с IR2110 как высоковольтного драйвера верхнего уровня

На рисунке 9 мы видим IR2110 использованный как драйвер верхнего уровня. Схема достаточно проста и имеет такую же функциональность как было описано выше. Есть вещь которую нужно учесть — так как мы больше не имеем ключа нижнего уровня, то должна быть нагрузка подключённая с OUT на землю. Иначе усилительный конденсатор не сможет зарядится.

Рисунок 10 — Схема с IR2110 как драйвера нижнего уровня

Рисунок 11 — Схема с IR2110 как двойного драйвера нижнего уровня

Я видел как на многих форумах, люди бьются с проектированием схем на IR2110. У меня тоже было много трудностей прежде чем я cмог уверенно и последовательно строить успешные схемы драйвера на IR2110. Я попытался объяснить применение и использование IR2110 довольно тщательно, попутно всё объясняя и используя большое количество примеров, и я надеюсь, что это поможет вам в ваших начинаниях с IR2110.

Полевые МОП-транзисторы с каналом p-типа, которые проще использовать в качестве верхнего ключа, сложнее в изготовлении, по сравнению с их n-канальными сородичами. В результате их выбор достаточно мал, они дороже, а сопротивление сток-исток часто оставляет желать лучшего при значительной ёмкости затвора.

Поэтому часто в качестве верхнего ключа используются транзисторы с каналом n-типа. Однако, управление ими представляет определённую сложность, поскольку для того, чтобы держать затвор открытым, на него необходимо подавать повышенное напряжение.

Одним из подходов является использование драйверов верхнего плеча, с бутстрапной схемой (bootstrap, она же иногда называются бустрапная, или даже бустрэпная, вобщем называют кто во что горазд).
International Rectifier выпускает целую кучу таких драйверов всех размеров и цветов на разный ток и способ подключения, одним из таких драйверов является IR2101 обеспечивающий ток заряда затвора управляемого транзистора до 130, а разряда до 270 миллиампер.

Примерная схема включения вот:

IR2101 собирается в восминогих корпусах dip или so, работает при напряжении питания от 9 до 25 вольт и включает в себя два независимых драйвера: один для нижнего и один для верхнего ключа. При этом управляется логическими уровнями на напряжении от 3 Вольт. В этот драйвер встроена защита по напряжению, и при падении напряжения ниже 8,2 Вольта он перестаёт работать, пока напряжение не поднимется до 8,9 Вольт.

С нижним ключом всё понятно: выход LO в зависимости от логического уровня на входе LIN подключается либо к линии питания Vcc, что обеспечивает заряд затвора управляемого транзистора, либо к "земле" (com) что обеспечивает его разряд.

Чтобы обеспечить повышенное напряжение и используется как раз та самая бутстрапная (бустрепная или как её там) схема, представляющая из себя диод D1 и конденсатор С1.

В тот момент, когда верхний ключ закрыт, конденсатор C1 заряжается через диод D1 и нагрузку, подключенную к транзистору. Когда же транзистор открыт, этот конденсатор своим зарядом обеспечивает то самое повышенное напряжение на входе VB.

О расчёте конденсатора можно почитать вот здесь.

Такой подход накладывает некоторые ограничения на тип нагрузки: например, цепь светодиодов уже не будет работать, поскольку не обеспечит заряд конденсатора.

Кроме того, заряд конденсатора со временем теряется на токи утечки, а значит схема должна работать в импульсном режиме, дабы конденсатор успевал подзаряжаться.

В автомобиле

Напряжение в бортовой сети машины может быть использовано как для питания схемы, так и для подключения ключа. Но работа приборов в импульсном режиме, даже с достаточно большим коэффициентом заполнения, не всегда приемлема, да и пульсации тока могут создавать помехи для работы остального оборудования.

Чтобы транзистор был постоянно открыт, необходимо обеспечить подзарядку конденсатора С1. Мне в голову пришла идея как использовать драйвер нижнего ключа этой микросхемы для подзарядки бутстрапного конденсатора:

В схему добавлен диод D2 и конденсатор C2. Когда ключ управляется в импульсном режиме, конденсатор C1 заряжается через оба диода и работает в обычном бутстрапном режиме. Когда же ключ находится в постоянно открытом состоянии, на вход нижнего ключа подаётся меандр, в результате чего конденсатор C2 подключается на "землю", в результате чего он сам заряжается через D2, после чего конденсатор подключается на линию питания, и через диод D1 поддерживает заряд конденсатора C1.

Важно, чтобы поддерживающий конденсатор был притянут к "земле" на то время, пока транзистор закрыт. Иначе, если он будет притянут к линии питания, то он начнёт заряжать конденсатор C1, который притянут к "земле" нагрузкой. Как следствие на конденсаторе C1 появится удвоенное напряжение, которое может превысить максимально допустимое для затвора транзистора няпряжение.

Для простоты оба входа можно подключить к ШИМ-выходам одного таймера микроконтроллера, которые будут работать синфазно. Но коэффициент заполнения для входа нижнего ключа выбирать всегда в 2 раза меньше, чем для верхнего.

В таком режиме подключения ключ сможет оставаться непрерывно открытым сколь угодно долго.

Читайте также: