Полумостовой драйвер как проверить
Обновлено: 16.05.2024
Доброе время суток!
Делаю проект по запитке аккустического предусилителя и столкнулся с проблемой.
Не работает как надо микросхема IR2111S - драйвер полумоста.
2. При текущей схеме подключения когда я подаю +12V на 2 выводе (IN) происходит не полное открытие полевика VT1 и со второго разъёма удаётся снять напряжение не больше 8 вольт, это разумеется не нормально. Кроме того происходит утечка и буквально через минуту после подачи "1" на вывод IN, начинает просаживаться напряжение на разъёме X2 до 6V. С чем это связано?
Вобщем нужна помощь по доработке текущей схемы, желательно в схеме ничего координально не менять кроме обвязки драйвера и поливиков.
Последний раз редактировалось Chiper Вт июн 11, 2013 14:10:45, всего редактировалось 1 раз.
Непонятно наличие конденсатора С5, ошибка в схеме?
У вас на вход IN U3 приходит импульсный сигнал с частотой хотя бы 50-100Гц?
standard CMOS outputs.
Для согласования с TTL схемами можете использовать схему с открытым коллектором/стоком.
JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!
И в самом деле ошибка, ну убрать лишнее проще чем долепить недостающее
У вас на вход IN U3 приходит импульсный сигнал с частотой хотя бы 50-100Гц?На входе у меня устойчивое логическое состояние, управление дёргает 2 ногу драйвера U3 крайне редко, даже в самых непредсказуемых ситуациях частота изменения лог.состояния не превысит 1Гц.
Попробую сегодня подать на драйвер +5 на VCС, может удастся согласовать логические уровни и без дополнительного транзистора на входе. Вот только по пункут 2 я так и не понял из-за чего возникает данный косяк, неужели из-за конденсатора С5, который постепенно накапливал заряд и открывал полевик VT2, тем самым создавал просадку по напряжению на землю?
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
Попробую сегодня подать на драйвер +5 на VCС, может удастся согласовать логические уровниНу-ну, попробуйте
А сколько времени по вашему способен держаться заряд на С4?
На десятки Герц туда обычно ставят емкость 10-100мкФ.
Эти микросхемы не расчитаны на редкие переключения. Чтобы понять почему, надо почитать такой документ:
HV Floating MOS-Gate Driver ICs
Ну и заодно даташит на микру почитать дальше первой страницы. Думаю все само прояснится.
Приглашаем 30 ноября всех желающих посетить вебинар о литиевых источниках тока Fanso (EVE). Вы узнаете об особенностях использования литиевых источников питания и о том, как на них влияют режим работы и условия эксплуатации. Мы расскажем, какие параметры важно учитывать при выборе литиевого ХИТ, рассмотрим «подводные камни», с которыми можно столкнуться при неправильном выборе, разберем, как правильно проводить тесты, чтобы убедиться в надежности конечного решения. Вы сможете задать вопросы представителям производителя, которые будут участвовать в вебинаре.
В общем мужики, изучил как работает данный драйвер и пришёл к очень хитрому схемотехническому решению которое позволит согласовать уровеи и в то-же время открывать полевик полностью VT1 и без "просадок" связанных со спецификой работы драйвера на низких частотах.
Для начала расскажу как работает IR2111S:
Вот я и подумал, а почему-бы не поменять местами выводы LO и HO, в таком случае микросхема будет работать как мне и надо (полностью открывать транзистор VT1). Кроме того, все простые схемы согласования логических уровней являются инвертирующими. Вот я и решил убить двух зайцев одним выстрелом.
Как вы считаете, будет-ли работать данная схема или я намудрил с выводом Vs и из-за этого работать не будет? И какие должны быть сопротивления резисторов R4 и R5 для оптимальной работы транзистора BC847 учитывая, что вывод IN подтянут к земле резистором внутри микросхемы
Горит просто ппц, завтра утром уже нужно предоставить рабочее устройство на "макете".
| Последний раз редактировалось Starichok51 Чт июн 13, 2013 10:11:55, всего редактировалось 1 раз. |
| удалил слишком большие рисунки из текста |
Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.
какие должны быть сопротивления резисторов R4 и R5 для оптимальной работы транзистора BC847 учитывая, что вывод IN подтянут к земле резистором внутри микросхемыСудя по графику Figure 23A Logic “1” Input Current vs Temperature там подтяжка десятки килоом. Поэтому резисторы выбираем единицы килоом.
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.
В большинстве случаев используется следующая классификация высоковольтных драйверов:
- Независимые драйверы верхнего и драйверы нижнего плеча полумоста, интегрированные в одной микросхеме (High and Low Side Driver);
- Драйверы верхнего и драйверы нижнего плеча, включенные по схеме полумоста (Half-Bridge Driver);
- Драйверы верхнего плеча (High Side Driver);
- Драйверы нижнего плеча (Low Side Driver).
На рис. 1 показаны соответствующие этим типам драйверов схемы управления.
Рис. 1. Упрощенные схемы управления MOSFET- и IGBT-транзисторами
В первом случае (рис. 1а) управление двумя независимыми нагрузками осуществляется от единых управляющих сигналов. Нагрузки, соответственно, включаются между истоком нижнего транзистора и шиной высоковольтного питания (драйвер нижнего плеча), а также между стоком верхнего транзистора и землей (драйвер верхнего плеча). Так называемые средние точки (сток верхнего транзистора и исток нижнего транзистора) не соединены между собой.
Во втором случае (рис. 1б) средние точки соединены. Причем нагрузка может быть включена как на верхнее, так и на нижнее плечо, но подключена к средней точке аналогично полумостовой схеме (т.н. полная мостовая схема). Строго говоря, в схеме 1а ничто не мешает соединить средние точки. Но в этом случае при определенной комбинации входных сигналов возможно одновременное открытие сразу двух транзисторов и, соответственно, протекание чрезмерно большого тока от высоковольтной шины на землю, что приведет к выходу из строя одного или сразу обоих транзисторов. Исключение подобной ситуации в данной схеме является заботой разработчика. В полумостовых драйверах (схема 1б) подобная ситуация исключается на уровне внутренней логики управления микросхемы.
Семейство высоковольтных драйверов
L368x
В таблице 1 приводятся состав и параметры микросхем семейства L368x. Микросхемы данного семейства включают в себя как независимые драйверы верхнего и нижнего плеча (H&L), так и драйверы полумостовой схемы (HB).
Таблица 1. Параметры драйверов семейства L638x
| Наименование | Voffcet, В | Io+, мА | Io-, мА | Ton, нс | Toff, нс | Tdt, нс | Тип | Управление |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L6384E | 600 | 400 | 650 | 200 | 250 | Prog. | HB | IN/-SD |
| L6385E | 600 | 400 | 650 | 110 | 105 | H&L | HIN/LIN | |
| L6386E | 600 | 400 | 650 | 110 | 150 | H&L | HIN/LIN/-SD | |
| L6387E | 600 | 400 | 650 | 110 | 105 | H&L | HIN/LIN | |
| L6388E | 600 | 200 | 350 | 750 | 250 | 320 | HB | HIN/LIN |
Поясним некоторые параметры:
Управление. Микросхемы независимых драйверов верхнего и нижнего плеча управляются по входам HIN и LIN. Причем высокий уровень логического сигнала включает, соответственно, верхнее или нижнее плечо драйвера. В микросхеме L6386E помимо этого используется дополнительный вход SD, отключающий оба плеча независимо от состояния на входах HIN и LIN.
В микросхеме L6384E применяются сигналы SD и IN. Сигнал SD отключает оба плеча независимо от состояния на входе IN. Сигнал IN = 1 эквивалентен комбинации сигналов и, наоборот, IN = 0 эквивалентен комбинации сигналов . Таким образом, одновременное включение транзисторов верхнего и нижнего плеча невозможно в принципе.
В микросхеме L6388E управление осуществляется по входам HIN и LIN, поэтому принципиально возможно подать на входы комбинацию , однако внутренняя логическая схема преобразует ее в комбинацию , исключив, таким образом, одновременное включение обоих транзисторов.
Что касается параметров, начнем с микросхем типа H&L.
Значение VOFFSET, равное 600 Вольт, является в каком-то смысле стандартом для микросхем данного класса.
Значение выходного тока IO+ (IO-), равное 400/650 мА, является показателем средним, ориентированным на типовые транзисторы общего назначения. Если сравнивать с микросхемами семейства IRS (поколение G5 HVIC), то компания International Rectifier предлагает, главным образом, микросхемы с параметром 290/600 мА. Однако в линейке International Rectifier есть также модели с параметрами 2500/2500 мА (IRS2113) и несколько меньшим быстродействием или микросхемы с выходными токами до 4000/4000 мА (IRS2186). Правда, в этом случае время переключения по сравнению с L6385E увеличивается до значения 170/170 нс.
Время переключения. Значения TON (TOFF), равные 110/105 нс (для L6385E), превышают аналогичные значения микросхем семейства IRS (пусть и не очень значительно). Лучших показателей (60/60 нс) компания International Rectifier добилась в модели IRS2011, но за счет снижения напряжения VOFFSET до 200 В.
Сравнивая параметры драйвера полумостовой схемы L6384E с изделиями International Rectifier, можно сделать вывод, что он уступает (и по выходным токам, и по быстродействию) только модели IRS21834, в которой реализована входная логика HIN/-LIN. Если критичной является входная логика IN/-SD, то драйвер L6384E превосходит по своим параметрам изделия International Rectifier.
Более подробно рассмотрим микросхему драйвера L6385E, структура и схема включения которой приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структура и схема включения L6385E
Микросхема содержит два независимых драйвера верхнего (выход HVG) и нижнего плеча (выход LVG). Реализация драйвера нижнего плеча достаточно тривиальна, поскольку потенциал на выводе GND постоянен и, следовательно, задача состоит в преобразовании входного низковольтного логического сигнала LIN до уровня напряжения на выходе LVG, необходимого для открытия транзистора нижнего плеча. В верхнем плече потенциал на выводе OUT изменяется в зависимости от состояния нижнего транзистора. Существуют различные схемотехнические решения, применяемые для построения каскада верхнего плеча. В данном случае применяется относительно простая и недорогая бутстрепная схема управления (схема с «плавающим» источником питания). В такой схеме длительность управляющего импульса ограничена величиной бутстрепной емкости. Кроме того, необходимо обеспечить условия для ее постоянного заряда с помощью высоковольтного быстродействующего каскада сдвига уровня. Этот каскад обеспечивает преобразование логических сигналов до уровней, необходимых для устойчивой работы схемы управления транзистора верхнего плеча.
Для современных высоковольтных драйверов характерна тенденция интегрировать бутстрепный диод в корпус интегральной схемы. Благодаря этому отпадает необходимость в применении внешнего диода, который является достаточно громоздким по сравнению с самой микросхемой драйвера. Встроенный бутстрепный диод (точнее, бутстрепная схема) применен не только в драйвере L6385E, но и во всех остальных микросхемах этого семейства.
Микросхема L6386E является вариантом L6385E с дополнительными функциями. Ее структура и схема включения приведены на рис. 3.
Рис. 3. Структура и схема включения L6386E
Основные отличия L6386E от L6385E. Во-первых, добавлен дополнительный вход SD, низкий уровень сигнала на котором выключает оба транзистора независимо от состояния входов HIN и LIN. Часто используется как сигнал аварийного отключения, не связанный со схемой формирования входных управляющих сигналов. Во-вторых, добавлен каскад контроля тока, протекающего через транзистор нижнего каскада. Сравнивая с предыдущей схемой, видим, что сток транзистора нижнего плеча подключен к земле не непосредственно, а через токовый резистор (токовый датчик). Если падение напряжения на нем превышает пороговое значение VREF, то на выходе DIAG формируется низкий уровень. Отметим, что данное состояние не влияет на работу схемы, а является только индикатором.
Несколько слов о применении микросхем семейства L638x. Ограниченный объем статьи не позволяет рассмотреть примеры применения, однако в документе «L638xE Application Guide» компании STMicroelectronics [1] приведены примеры схемы управления трехфазным двигателем, схемы балласта люминесцентной лампы с диммированием, DC/DC-преобразователей с различной архитектурой и ряд других. Также приведены схемы демонстрационных плат для всех микросхем данного семейства (в том числе и топология печатных плат).
Подводя итог анализа семейства L638x, отметим: не обладая уникальными характеристиками по каким-то отдельным параметрам, драйверы данного семейства относятся к одним из лучших в отрасли как по совокупности параметров, так и по примененным техническим решениям.
Семейство высоковольтных драйверов
полумостовой схемы L639x
На первый взгляд, микросхемы этого семейства можно считать развитием микросхемы L6384E. Однако анализируя функциональные возможности драйверов семейства L639x, признать L6384E в качестве прототипа весьма сложно (разве что за отсутствием других драйверов полумоста в линейке STMicroelectronics). В таблице 2 приводятся состав и параметры микросхем семейства L639x.
Таблица 2. Параметры драйверов семейства L639x
Рис. 4. Структура и схема включения L6390
Все микросхемы содержат логику защиты от одновременного открытия транзисторов верхнего и нижнего плеча и, соответственно, формирования паузы при изменении состояния выхода. Время паузы TDT для всех микросхем семейства программируемое и определяется номиналом резистора, подключенного к выводу DT.
Рис. 5. Циклограмма управления логики PHASE/BRAKE/SD
На рис. 6 показана структура и схема включения микросхемы L6393.
Рис. 6. Структура и схема включения L6393
О параметрах. Значения выходных токов IO+ (IO-), равные 270/430 мА, уступают микросхемам компании International Rectifier (у которых, как отмечалось выше, типичными являются 290/600 мА). Тем не менее, динамические параметры TON/TOFF (125/125 нс) превосходят (и часто существенно) все микросхемы семейства IRS.
Выводы по семейству L639x. При достаточно высоких количественных характеристиках, что само по себе позволяет отнести семейство L639x к группе лидеров отрасли, дополнительные функции придают качественный скачок, поскольку позволяют реализовать в одной микросхеме те функции, которые ранее реализовывались с использованием ряда дополнительных компонентов.
Заключение
Безусловно, номенклатуру высоковольтных драйверов компании STMicroelectronics нельзя признать очень широкой (хотя бы в сравнении с аналогичными изделиями компании International Rectifier). Тем не менее, количественные и качественные характеристики рассмотренных семейств не уступают лучшим изделиям IR.
Говоря о драйверах MOSFET- и IGBT-транзисторов, нельзя не упомянуть и сами транзисторы; компания STMicroelectronics выпускает достаточно широкую линейку полевых (например MDMESH V и SuperMesh3) и биполярных транзисторов с изолированным затвором. Поскольку эти электронные компоненты совсем недавно освещались в данном журнале [2, 3, 4], то они оставлены за рамками данной статьи.
Литература
1. L638xE Application Guide// документ компании ST Microelectronics an5641.pdf.
MDMEDH V в корпусе PowerFlat
Ассортимент драйверов производства компании International Rectifier – одного из лидеров в области разработки и производства драйверов силовых транзисторов – расширился. Среди новинок – семейство бюджетных драйверов IR2560xS, мощный драйвер AUIRB24427S для автомобильной электроники и миниатюрная микросхема измерения тока IR25750L.
Управление силовыми MOSFET или IGBT-транзисторами является достаточно сложной задачей, особенно при относительно высоких частотах (десятки килогерц). Некоторые разработчики предпочитают использовать схемы управления, построенные на дискретных компонентах, но подавляющее большинство справедливо считает, что наиболее оптимальным решением является использование специализированных драйверов.
Компания International Rectifier предлагает широчайший выбор драйверов силовых транзисторов различной конфигурации:
- одноканальные и двухканальные драйверы нижнего плеча;
- одноканальные и двухканальные драйверы верхнего плеча;
- двухканальные драйверы верхнего и нижнего плеча;
- двухканальные полумостовые драйверы верхнего и нижнего плеча с защитой от одновременного включения и «мертвым временем» (DeadTime);
- шести- и семиканальные драйверы для управления трехфазным инвертором в составе электропривода;
Таким образом, разработчик может построить законченную силовую схему, используя только продукцию International Rectifier – силовые ключи (MOSFET или IGBT) и драйверы для управления ими. Ассортимент драйверов компании постоянно расширяется. В 2014 году наиболее интересными новыми решениями стали:
- семейство двухканальных драйверов общего назначения IR2560xS в корпусах SOIC;
- мощный двухканальный драйвер AUIRB24427S для автомобильной электроники;
- микросхема измерения тока IR25750L в миниатюрном корпусе SOT-23-5.
Семейство IR2560xSPBF
Новое семейство бюджетных двухканальных драйверов IR2560xS на 600 В выпускается в привычном корпусе SOIC8. Сейчас оно насчитывает шесть представителей (рисунок 1, таблица 1).
Рис. 1. Новые драйверы семейства IR2560xS и типовые схемы их включения
Таблица 1. Параметры драйверов семейства IR2560xS
IR25600SPBF – сдвоенный драйвер нижнего плеча. Имеет наибольшее значение выходных токов и наименьшую задержку включения по сравнению с другими представителями семейства.
IR25601SPBF – полумостовой драйвер. Имеет наименьшее значение выходных токов и достаточно большие задержки включения. В драйвер интегрирована логика защиты от одновременного включения силовых транзисторов и DeadTime 100 нс. Одним из основных преимуществ данного изделия является его низкая цена.
IR25602SPBF – полумостовой драйвер. Имеет один вход для управления двумя выходными каналами. Выходной канал верхнего плеча работает в фазе со входным сигналом, в то время как канал нижнего плеча работает в противофазе с дополнительной задержкой DeadTime 520 нс. Особенностью данной микросхемы является наличие входа SD (ShutDown). При его активном низком уровне работа обоих выходных каналов запрещена. IR25603SPBF – автоколебательный полумостовой драйвер, предназначенный для автономного управления полумостовой схемой. Частота коммутаций задается внешней R-C-цепочкой, а типовое значение DeadTime составляет 1,2 мкс.
IR25604SPBF – драйвер верхнего и нижнего плечей. Схема включения данной микросхемы совпадает со схемами включения перечисленных выше полумостовых драйверов. Однако имеется важное отличие в логике работы: микросхема предназначена для работы с независимыми силовыми транзисторами. По этой причине внутренний модуль, запрещающий одновременное включение, в микросхеме отсутствует. Транзисторы могут работать как в фазе, так и в противофазе.
IR25606SPBF – полумостовой драйвер. По сравнению с IR25601SPBF, данный драйвер может работать с более мощными транзисторами. Для этого были увеличены значения выходных токов и значение DeadTime.
IR25607SPBF – драйвер верхнего и нижнего плечей, который можно с успехом применять в связке с мощными транзисторами – выходной ток этого драйвера составляет 2 А, что позволяет эффективно переключать транзисторы, имеющие высокие емкости затвора.
Микросхемы не требуют дополнительного источника питания – питающее напряжение 15,8 В задается интегрированным стабилитроном. Ток через стабилитрон ограничивается внешним последовательным резистором, подключенным к общей положительной шине питания с напряжением до 600 В.
Новый мощный драйвер AUIRB24427S
Новый двухканальный драйвер силовых транзисторов нижнего плеча AUIRB24427S представляет собой достаточно мощное изделие (рисунок 2) – значение выходных токов обоих каналов составляет 6 А.
Рис. 2. Типовая схема включения двухканального драйвера AUIRB24427S
Выходное сопротивление каналов достаточно мало и составляет 0,65 мОм. Высокие значения выходных токов и малое выходное сопротивление практически снимают ограничения на величину затворных емкостей используемых транзисторов.
Драйвер предназначен для работы в составе автомобильной электроники. По этой причине микросхема имеет ряд важных достоинств:
AUIRB24427S может использоваться не только для прямого управления транзисторами, но и для управления с трансформаторным включением. Стоит отметить, что AUIRB24427S может применяться как в автомобильной электронике, так и в составе промышленного и железнодорожного оборудования.
Микросхема измерения тока транзистора IR25750LTRPBF
Новая микросхема IR25750L позволяет определять значение тока силовых транзисторов. При этом схема не требует резистивных шунтов (рисунок 3), что позволяет избежать дополнительных потерь мощности и повысить общую эффективность системы.
Рис. 3. Схема включения и рабочие диаграммы IR25750L
Микросхема IR25750L дает возможность измерять напряжение «сток-исток» (в случае MOSFET) или напряжение «коллектор-эмиттер» (в случае IGBT) в цепях с напряжениями до 600 В (рисунок 3). Данная микросхема не требует дополнительного напряжения питания. В качестве питающего сигнала используется низковольтный управляющий сигнал затвора силового транзистора. Выходной сигнал снимается с вывода CS в период включенного состояния силового транзистора.
Рассмотрим работу микросхемы более подробно.
Внутренняя структура микросхемы содержит несколько основных блоков (рисунок 4): высоковольтный транзистор (HVFET), времязадающую RDC-цепочку (R1, C1, D1), шунтирующий транзистор Q1, резисторные делители и фильтрующие цепочки.
Рис. 4. Внутренняя структура IR25750L
В фазе управления, когда драйвер силового ключа формирует низкое выходное напряжение, силовой транзистор M1 закрыт. На выводе GATE присутствует напряжение общей шины COM (0 В). Транзистор HVFET закрыт, ключ Q1 открыт. Выход CS оказывается подтянутым к COM (0 В).
Так как HVFET закрыт, то любое внешнее напряжение, вплоть до 600 В, оказывается изолированным от низковольтных цепей выводов CS и GATE. Эти выводы могут быть подключены напрямую к измерительным схемам или микроконтроллеру.
В фазе, когда драйвер формирует открывающий сигнал, на выводе GATE и на затворе M1 появляется положительное напряжение. Uси транзистора M1 начинает уменьшаться до значения насыщения Uси(вкл). Цепочка R1-C1 формирует временную задержку длительностью около 200 нс, после чего происходит открытие HVFET. Транзистор Q1 закрывается. В результате напряжение на выводе CS оказывается пропорциональным напряжению Uси.
Важно отметить, что для того, чтобы избежать повреждения, IR25750L должна включаться только после начала открытия транзистора М1. По этой причине вывод GATE подключается после резистора Rg.
Когда транзистор M1 закрывается, напряжение затвора HVFET быстро уменьшается за счет разряда С1 через диод D1. HVFET закрывается, а Q1 открывается. Таким образом, сигнал на выходе CS повторяет по форме напряжение Uси ключа M1. Если используется коммутация неиндуктивной нагрузки, это напряжение совпадает по форме с током через ключ. При этом формы сигналов токов и напряжений аналогичны тем, которые получаются при использовании шунтовой измерительной схемы.
Дополнительным преимуществом IR25750L является возможность определения выхода силового IGBT-ключа из насыщения.
Подводя итог, следует отметить следующие особенности IR25750:
- возможность измерения напряжения «сток-исток» (в случае MOSFET) или напряжение «коллектор-эмиттер» (в случае IGBT);
- работа с напряжениями до 600 В;
- отсутствие необходимости в дополнительном источнике питания;
- отсутствие необходимости шунтового резистора;
- миниатюрный корпус SOT-23-5;
- наличие встроенной ESD-защиты;
- наличие дополнительных ограничительных диодов 20,8 В на выводах GATE и CS.
Микросхема может использоваться в схемах защиты от перегрузок по току, в приводах электродвигателей, в приборах промышленной автоматизации.
Заключение
Новое семейство двухканальных драйверов IR2560xS не обладает рекордными параметрами выходных токов, но отличается низкой ценой и широким выбором доступных конфигураций. Микросхемы выпускаются в привычном корпусе SOIC8.
Мощный двухканальный драйвер транзисторов нижнего плеча AUIRB24427S имеет высокие показатели выходных токов – до 6 А, и предназначен для автомобильной электроники. Микросхема отличается улучшенными показателями теплоотвода, расширенным диапазоном рабочих температур и высокой стойкостью к внешним помехам.
Новая микросхема измерения тока IR25750L позволяет отказаться от использования шунтовых резисторов. Данная ИС измеряет не ток, а падение напряжения на транзисторе, что может оказаться достаточно важной особенностью, позволяющей определять выход IGBT из состояния насыщения. Микросхема IR25750L выпускается в миниатюрном корпусе SOT-23-5 и не требует наличия дополнительного напряжения питания.
Литература
AUIR331x – семейство автомобильных ключей с функцией измерения тока нагрузки и программируемой токовой защитой
AUIR331x – это семейство защищенных ключей верхнего плеча производства компании International Rectifier, обеспечивающих точное измерение тока нагрузки. Они имеют программируемую защиту по току и предназначены для применения в автомобильной технике. Ключи этого семейства увеличивают надежность систем интеллектуального управления зажиганием, вспомогательных нагревателей с положительным температурным коэффициентом (PTC), систем принудительного воздушного охлаждения двигателя и вентиляции салона.
Точность измерения тока позволяет прецизионно контролировать ток нагрузки для обеспечения возможности дополнительной диагностики состояния системы с помощью внешнего микроконтроллера. Классическими примерами подобной диагностики могут служить определение обрыва нагрузки, опережающее предупреждение перегрузки или обнаружение заклинивания двигателя вентилятора. Некоторые из ключей, например AUIR3316S, обеспечивают работу устройства на низких частотах, что позволяет уменьшить ЭМИ.
Семейство AUIR331x реализует все механизмы защиты, требуемые для обеспечения безопасной и надежной работы автомобильных систем с постоянным током до 30 А и пиковым – до 90 А. Ключи этого семейства имеют встроенную температурную защиту, а также защиту по току для обеспечения функционирования устройства в условиях повторяющегося короткого замыкания, что соответствует требованиями автомобильного стандарта AEC Q100-012. Уровень защиты по току программируется с помощью внешнего резистора в широком диапазоне, что позволяет оптимизировать систему под требования нагрузки в конкретном применении.
Дополнительный механизм защиты от обратного включения батареи (Reverse Battery Condition) открывает выходной транзистор, обеспечивая прохождения тока через канал транзистора в обход антипараллельного диода. Это позволяет избежать проблем с чрезмерным выделением тепла и температурных перегрузок ключа. Дополнительные функции, такие как защита от электростатического пробоя или встроенная система Active Clamp, гарантируют защиту системы и безопасность работы в жестких условиях эксплуатации.
При производстве все ключи семейства AUIR331x проходят абсолютный визуальный контроль качества кристаллов, а также ряд динамических и статических тестов, согласно требованиям компании International Rectifier к тестированию компонентов для автомобильного применения и стратегии Zero Defects. Микросхемы семейства изготовлены по бессвинцовой технологии и соответствуют требованиям директивы RoHS.
Читайте также: