От стандартных до мощных: новые драйверы транзисторов ir

Поведение транзисторов

Несмотря на доступность широчайшего выбора диапазонов рабочих напряжений и токов мощных транзисторов, выпускаемых в разнообразных корпусах и обеспеченных технической поддержкой производителей, каждому из трех видов транзисторов – биполярным, MOSFET и IGBT – присуще свое поведение, определяющее области их применения. Благодаря дешевизне в больших партиях (например, стоят от 12 до 15 центов за штуку), 100-вольтовые биполярные транзисторы широко используются для получения напряжений ±40 В в усилителях мощности звукового диапазона. (В биполярные транзисторы для аудиоприложений некоторые производители встраивают цепи автоматического смещения).

Между тем, 600-вольтовые IGBT можно найти дома в электроприводах бытовой техники, подключенной к сети переменного тока 220 В, например, в стиральных машинах или сушилках. Основная область применения мощных MOSFET – безусловно, импульсные источники питания. В них транзисторы на напряжения 25, 30 или 40 В, называемые «низковольтные MOSFET», используются для получения питающих напряжений 5 или 12 В, необходимых компьютерам и телекоммуникационной аппаратуре.

Хотя и не всегда, инженеры склонны выбирать транзисторы с запасом по току и напряжению. Вы можете заметить, что в стиральной машине, которая подключается к сети 220 В, используются IGBT, рассчитанные на 600 или 650 В, а в силовых цепях плат серверных модулей, питающиеся от 5.0 В или 3.3 В, установлены MOSFET, допустимые напряжения которых начинаются с 30 В. И, наконец, на стереодинамики работают 100- и 200-вольтовые биполярные транзисторы.

Такой запас позволяет быть уверенным, что наши системы не останутся без источников питания. Кроме того, он защищает от резких выбросов напряжения и скачков тока. (Автомобильное оборудование особенно подвержено выбросам, и для того, чтобы справиться с бросками в 150 В, выбираются компоненты, рассчитанные на 400 В).

Убедить инженеров отказаться от чрезмерного запаса по предельным параметрам, в конечном счете, могут постоянное сглаживание, фильтрация и стабилизация на протяжении всей цепи прохождения питания. Такой подход затронул бы архитектуру вычислительных серверов, где такие производители, как, например, IBM и NTT DOCOMO выступают за распределительные сети 385 В постоянного тока для мегаваттных дата-центров и 48 В как промежуточное напряжение для стоек и шкафов. Это позволило бы разработчикам сузить границы предельных параметров мощных компонентов и, например, использовать меньшие по размерам и более дешевые 60-вольтовые компоненты в тех слотах, где раньше служили компоненты с допустимым напряжением 100 В

При этом инженеры должны обращать внимание на области безопасной работы (safe operating areas – SOA) тех транзисторов, которые они надеются использовать

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

Наименование Конфигурация Напряжение смещения, В Iвых+/Iвых-, А Tвкл/выкл (тип.), нс DeadTime, нс Особенности Корпус
IR25600SPBF Сдвоенный драйвер нижнего плеча 1,5/1,5 85/65 SOIC8
IR25601SPBF Полумостовой драйвер 600 0,06/0,13 220/220 100 UVLO SOIC8
IR25602SPBF Полумостовой драйвер 600 0,13/0,27 680/150 520 ShutDown, UVLO SOIC8
IR25603SPBF Автоколебательный полумостовой драйвер 600 0,18/0,26 1200 улучшенная ESD защита SOIC8
IR25604SPBF Драйвер верхнего и нижнего плечей 600 0,2/0,35 220/200 UVLO SOIC8
IR25606SPBF Полумостовой драйвер 600 0,2/0,35 220/200 540 UVLO SOIC8
IR25607SPBF Драйвер верхнего и нижнего плечей 600 2,0/2,0 120/94 ShutDown, UVLO SOIC16

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.

Полнофункциональные драйверы шаговых двигателей

Высокоинтегрированные контроллеры шагового двигателя могут значительно сократить объем проектных работ, связанных с применением более мощных шаговых двигателей. Первая полезная особенность, которая приходит на ум – это автоматическая генерация управляющей последовательности, т.е. способность преобразовывать прямые входные сигналы управления двигателем в требуемые последовательности сигналов. Давайте рассмотрим L6208 от STMicroelectronics, в качестве примера.

Вместо логических входов, которые напрямую контролируют ток, подаваемый на обмотки двигателя, L6208 имеет:

  • Вывод, который выбирает между полушагом и полным шагом.
  • Вывод, который задает направление вращения.
  • Вывод «синхроимпульса», который заставляет внутренний конечный автомат управления двигателем меняться на один шаг при появлении фронта сигнала.

Этот интерфейс гораздо более интуитивно понятен, чем фактические последовательности включения и выключения, которые применяются к транзисторам, подключенным к обмоткам (пример которых приведен ниже).

Это последовательность для управления биполярным шаговым двигателем. «A» и «B» относятся к двум обмоткам, а столбцы «Q» указывают состояние транзисторов, управляющих током обмотки.

Драйверы верхнего и нижнего ключа

Схема подключения драйвера
верхнего и нижнего ключа

Наименование

Рабочее напряжение, В

Макс. выходной ток, мА

Макс. втекающий ток, мА

Напряжение питания, В

Мин. выходное напряжение, В

Макс. выходное напряжение, В

Задержка выходного сигнала, нс

Тип корпуса


купить —
жми ниже на ссылку

600

120

250

10-25

10

20

50

SOIC-8

600

1700

1700

10-25

10

20

SOIC-8

600

1700

1700

10-25

10

20

SOIC-8

600

120

250

10-25

0.6

1.4

60

SOIC-8

600

120

250

10-25

10

20

50

SOIC-8

600

1700

1700

10-25

10

20

SOIC-8

600

100

210

10-25

10

20

50

SOIC-8

600

120

250

10-25

10

20

60

SOIC-8

600

100

210

10-25

10

20

50

SOIC-8

600

1700

1700

10-25

10

20

SOIC-14

600

120

250

10-25

10

20

50

SOIC-14

600

1700

1700

10-25

10

20

SOIC-14

600

1700

1700

10-25

10

20

SOIC-14

600

120

250

10-25

10

20

60

SOIC-14

500

2000

2000

10-25

10

20

10

SOIC-16

600

2000

2000

10-25

10

20

10

SOIC-16

1200

1700

2000

10-25

10

20

30

SOIC-16

600

200

420

10-25

10

20

30

SOIC-16

200

3000

3000

10-25

10

20

SOIC-16

600

1700

1700

10-25

10

20

DIP-8

600

100

210

10-25

10

20

50

DIP-8

600

120

250

10-25

10

20

50

DIP-8

600

120

250

10-25

10

20

50

DIP-8

600

100

210

10-25

10

20

50

DIP-8

600

120

250

10-25

0.6

1.4

60

DIP-8

600

1700

1700

10-25

10

20

DIP-8

600

120

250

10-25

10

20

60

DIP-8

600

1700

1700

10-25

10

20

DIP-8

600

2000

2000

10-25

10

20

10

DIP-14

600

200

420

10-25

10

20

30

DIP-14

600

1700

1700

10-25

10

20

DIP-14

600

1700

1700

10-25

10

20

DIP-14

500

2000

2000

10-25

10

20

10

DIP-14

200

3000

3000

10-25

10

20

DIP-14

600

1700

1700

10-25

10

20

DIP-14

600

120

250

10-25

10

20

50

DIP-14

600

120

250

10-25

10

20

60

DIP-14

1200

1700

2000

10-20

10

20

30

DIP-14

600

200

420

10-25

10

20

30

DIP-14

600

200

420

10-25

10

20

30

DIP-16

Ключевые особенности драйверов Infineon

На сегодняшний день компания Infineon выпускает четыре основных типа драйверов, отличающихся изоляцией между входными (подключаемыми к контроллеру) и выходными (подключаемыми к транзистору) цепями: без изоляции (N-ISO), с изоляцией p-n-переходом (JI), с изоляцией диэлектриком (SOI) и с изоляцией посредством трансформаторов (CT). В большинстве случаев драйверы без изоляции N-ISO предназначены для управления только транзисторами нижнего плеча, в то время как изолированные решения позволяют управлять полупроводниковыми приборами, расположенными и в других местах схемы. Однако это не является строгим правилом, поскольку, как будет сказано ниже, неизолированные драйверы с дифференциальным входом могут использоваться и в схемах, где обычно используются изолированные драйверы верхнего плеча.

Поскольку каждый тип изоляции имеет свои особенности, от которых зависят как электрические характеристики микросхем, так и их стоимость, то и каждый тип драйверов спроектирован для решения своего круга задач. Для наглядного отображения в едином информационном пространстве областей применения драйверов всех типов (рисунок 1, таблица 1) компания Infineon предложила использовать специализированный параметр – класс напряжения, определяющийся для разных микросхем по разным методикам. Для одиночных драйверов верхнего плеча и приборов, содержащих драйверы и верхнего, и нижнего плечей, например, для микросхем, ориентированных на использование в полумостовых, мостовых и трехфазных инверторах, класс напряжения определяется максимально допустимым напряжением, коммутируемым силовыми транзисторами. Для драйверов нижнего плеча класс напряжения равен максимально возможному напряжению питания силовой части преобразователя. А для некоторых специализированных решений, например, для драйверов с дифференциальным входом 1EDNx550 (1EDN-TDI), этот параметр соответствует максимально допустимому синфазному напряжению сигналов управления.

Рис. 1. Области применения драйверов Infineon с разными типами изоляции

Таблица 1. Применение драйверов Infineon с разным типом изоляции

Класс напряжения 5 В 25 В 100 В 200 В 500 В 600 В 650 В 1200 В
Одноканальные Верхнего плеча JI JI JI JI CT CT
Нижнего плеча N-ISO N-ISO
Двухканальные Верхнего плеча CT CT
Нижнего плеча N-ISO
Верхнего и нижнего плеча JI JI JI, SOI SOI JI
Полумостовой JI JI JI, SOI CT, SOI JI, CT
Четырехканальные Мостовой JI
Шестиканальные Трехфазный SOI JI, SOI JI, SOI

Если же рассматривать общую сферу практического применения драйверов, то, благодаря богатому опыту и использованию передовых технологий объединенных в 2015 году компаний Infineon и International Rectifier, они используются во многих приложениях, начиная от бытовой техники и заканчивая мощными преобразователями для промышленного оборудования и электротранспорта (рисунок 2).

Рис. 2. Основные приложения для драйверов Infineon

MDMEDH V в корпусе PowerFlat

STMicroelectronics, мировой лидер в области силовых МОП транзисторов, разработала для транзисторов семейства MDMESH V новый корпус PowerFlat с улучшенными характеристиками, специально предназначенный для поверхностного монтажа. Размеры корпуса 8х8 мм при высоте 1 мм (PowerFlat 8×8 HV). Его малая высота позволяет создавать более тонкие блоки питания, а также — снизить размер печатной платы или увеличить плотность монтажа. Контактом стока в корпусе PowerFlat является большая открытая металлическая поверхность, которая способствует улучшению теплоотвода и, соответственно, повышению надежности. Данный корпус способен работать в диапазоне температур -55…150°C.

Транзисторы семейства MDMESH V — это лучшие транзисторы в мире с точки зрения сопротивления открытого канала в области рабочих напряжений 500…650 В. Например, транзисторы серии STW77N65M5 из семейства MDMESH V имеют для рабочего напряжения 650 В максимальное значение Rdson на уровне 0,033 Ом и максимальный статический ток 69 А. При этом заряд затвора такого транзистора составляет всего 200 нК. STL21N65M5 — это первый транзистор из семейства MDMESH V в корпусе PowerFlat. При рабочем напряжении 650 В транзистор STL21N65M5 имеет сопротивление открытого канала на уровне 0,190 Ом и максимальный статический ток на уровне 17 А, при этом заряд его затвора составляет 50 нК.

•••

Изолированные драйверы затворов

Для получения очень высоких мощностей разработчики начинают использовать такие топологии, как двухключевой прямоходовый преобразователь, полумостовой или мостовой преобразователи. Во всех этих топологиях необходимо применять плавающий ключ.

Существуют решения этой задачи с использованием полупроводниковых компонентов, но только для низковольтных применений. Интегральные драйверы верхнего плеча не предоставляют разработчику достаточной гибкости, а также не обеспечивают такого уровня защиты, изоляции, устойчивости к переходным процессам и подавления синфазных помех, который дает хорошо спроектированный и изготовленный трансформатор для управления затвором.

На рис. 4 показан самый примитивный способ получения плавающего управления затвором. Выход микросхемы драйвера подключен через разделительный конденсатор к небольшому трансформатору (обычно тороидальному для лучшей производительности). Вторичная обмотка подключена непосредственно к затвору ПТ, и любые замедляющие резисторы должны располагаться со стороны первичной обмотки трансформатора

Обратите внимание на стабилитроны в затворе для защиты от переходных процессов. На выходе драйвера необходимо использовать ограничительные диоды, ими нельзя пренебрегать, даже если при первых испытаниях не возникли проблемы с реактивными токами в трансформаторе

Рис. 4. Простейшая изолированная схема для управления затвором

В простейшей изолированной схеме для управления затвором используется трансформатор, как показано на рис. 4. Ограничительные диоды необходимы для защиты от реактивных токов, а разделительный конденсатор предотвращает насыщение трансформатора. Конденсатор дает сдвиг уровня выходного напряжения драйвера, который зависит от относительной длительности управляющих импульсов.

Схема, представленная на рис. 4, обеспечивает отрицательное напряжение на вторичной обмотке на интервалах времени, когда ПТ выключен

Это значительно увеличивает устойчивость к синфазным помехам, что особенно важно для мостовых схем

Однако недостаток отрицательного смещения это уменьшение положительного напряжения, открывающего ПТ. При небольшой относительной длительности импульсов положительный импульс большой. При относительной длительности, равной 50%, половина имеющегося напряжения драйвера теряется. При большой относительной длительности положительного напряжения может не хватить для полного открывания ПТ.

Схемы с трансформаторной развязкой наиболее эффективны при относительной длительности от 0 до 50%. К счастью, именно это и нужно для прямоходовых, мостовых и полумостовых преобразователей.

Обратите внимание: на рис. 5 показано, как напряжение на разделительном конденсаторе смещается под действием низкочастотных колебаний, наложенных на выходные импульсы драйвера

Эти колебания должны тщательно подавляться для обеспечения безопасной работы. Обычно для борьбы с этим явлением увеличивают емкость конденсатора, что уменьшает Q для низкочастотных составляющих. Необходимо проверить работу схемы при всех возможных переходных процессах, особенно при старте, когда конденсатор разряжен.

Рис. 5. Колебания, возникающие в разделительном конденсаторе и влияющие на работу трансформатора

Виды транзисторов

Существует несколько видов транзисторов. Их около четырёх. Однако основные из них это:

  • Полевые.
  • Биполярные.

Остальные виды собираются из полевых и биполярных. Рассмотрим более подробно каждый вид.

Полевые

Суть этого прибора заключается в управлении параметрами электрического сигнала с помощью электрического поля. Оно появляется при подаче напряжения к какому-либо из выводов:

  1. Затвор нужен для регулирования параметров сигнала, благодаря подаче напряжения на него.
  2. Сток — вывод, через который из канала уходят носители заряда (дырки и электроны).
  3. Исток — вывод, через который в канал приходят электроны и дырки.

Такой транзистор состоит из полупроводника с определённой проводимостью и двух областей, помещённых в него с противоположной проводимостью. При подаче напряжения на затвор между этими двумя областями появляется пространство, через которое протекает ток. Это пространство называется каналом. Ширина этого канала регулируется напряжением, которое мы подаём на затвор. Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

Теперь поговорим о приборе с изолированным затвором. Разница в том, что в первом случае этот переход есть всегда, даже когда на затвор не подавалось напряжение. А при его подаче, переход и токопроводящий канал менялись в зависимости от полярности и амплитуды напряжения. Металлический затвор в таких транзисторах изолирован диэлектриком от полупроводниковой области. Их входное сопротивление гораздо больше.

Существует два вида приборов с изолированным затвором:

  • Со встроенным каналом.
  • С индуцированным каналом.

Встроенный канал позволяет протекать электрическому току с определённой амплитудой. При подаче напряжения с определённой амплитудой и полярностью мы можем менять ширину канала и его проводимость. Этот канал встраивается в транзисторы на производственных предприятиях.

Индуцированный канал появляется между двумя областями, о которых мы говорили выше, только при подаче напряжения определённой полярности на затвор. То есть, когда на затвор напряжение не подаётся, ток в нем не протекает.

Все виды полевых транзисторов отличаются друг от друга по следующим параметрам:

  1. Входное сопротивление.
  2. Амплитуда напряжения, которое необходимо подать на затвор.
  3. Полярность.

Каждый из этих видов полевых транзисторов необходим для сборки определённых электрических и логических схем. Так как для реализации двух разных устройств необходимо разные электрические параметры.

Биполярные

Слово «биполярные» означает две полярности. То есть, такие приборы имеют две полярности, благодаря особенностям своего строения. Особенность их строения заключается в том, что они состоят из трёх полупроводниковых областей. Типы проводимости бывают следующими:

  1. Электронная, далее n.
  2. Дырочная, далее p.

Соответственно, можно сделать вывод, что существует два вида биполярных транзисторов:

  • pnp;
  • npn.

Разница между ними заключается в том, что для корректной работы необходимо подавать напряжение разной полярности. К каждой из трёх полупроводниковых областей подключено по одному выводу. Всего их три:

  1. База — центральный слой. Он является самым тонким. На выводе базы находится управляющий ток с небольшой амплитудой.
  2. Коллектор — один из крайних слоёв. Он является самым широким. На него подаётся ток с большой амплитудой.
  3. Эмиттер — вывод, на который подаётся ток с коллектора. На его выходе амплитуда тока немного больше, чем на входе.

Существует три схемы подключения биполярных транзисторов:

  1. С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора.
  2. С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера.
  3. С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора.

Благодаря нескольким электронно-дырочным переходам, образующимся в биполярном транзисторе, можно управлять параметрами электрического сигнала. Полярность и амплитуда подаваемого напряжения зависят от типа биполярного транзистора.

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем – это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках – схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 – Q2 – земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Драйверы верхнего и нижнего плеча

При выборе транзисторов может оказаться желательным обратить внимание на способ включения MOSFET в схеме источнике питания. В частности, определить, подключена ли индуктивная или резистивная нагрузка между стоком MOSFET и положительной шиной питания (конфигурация, называемая «ключ нижнего плеча»), или же нагрузка подключена между истоком и землей («ключ верхнего плеча»)

Режимы работы транзисторов в верхнем и нижнем плече не всегда одинаковы. Когда драйвер верхнего плеча нагружен больше, чем драйвер нижнего плеча, вы озабочены тем, чтобы он не замкнулся на положительный источник питания. Аналогично, вы не захотите, чтобы драйвер нижнего плеча был закорочен на землю. Таким образом, требования, предъявляемые к драйверам верхнего и нижнего плеча, различны.

В драйвере нижнего плеча вывод истока n-канального транзистора соединен с землей, а сток соединен с индуктивной нагрузкой, другой вывод которой подключен к положительному источнику питания. Любой положительный заряд затвора включает транзистор, открывая путь протекания тока через нагрузку. В схеме нижнего плеча пороговое напряжение на затворе равно уровню логической единицы для управляющей ключом 3-вольтовой КМОП или 5-вольтовой логики.

В конфигурации верхнего плеча сток MOSFET подключается к положительной шине питания, а исток подключается к нагрузке, противоположный вывод которой соединен с землей. При этом только для того, чтобы просто включить n-канальный транзистор, на его затворе должно быть напряжение, равное напряжению на нагрузке (почти равное напряжению питания), плюс пороговое напряжение затвора (3 В).

Ремонт кухонной вытяжки своими руками

Если замечено, что вытяжка на кухне стала работать не так, как раньше, перед хозяином встает извечный вопрос: что делать?

Можно вызвать мастера по ремонту бытовой техники. Такой вариант имеет свои недостатки: долго, дорого и непонятно, насколько хорошим будет качество ремонтных работ.

Поэтому советуем не торопиться и попробовать отремонтировать вытяжку на кухне самостоятельно. Подсказкой может служить перечень неисправностей, который приведен выше.

Основные причины там тоже описаны. Посмотрим, можно ли исправить основные поломки своими руками.

Итак, если при включенной вытяжке слышны посторонние шумы и ощущается вибрация, следует разобраться в причинах. Во-первых, следует убедиться, что фильтры находятся в рабочем состоянии и не засорены.

Во-вторых, следует проверить, не забиты ли воздуховоды и вытяжной канал, убедиться, что места соединений воздуховода с вытяжкой и вентиляционной шахтой хорошо герметизированы.

Затем нужно подтянуть крепления вытяжки к стене. Если это не помогло, и шум сохраняется, значит, наиболее вероятной причиной является заводской брак. В этом случае неисправность невозможно устранить самостоятельно, и двигатель подлежит замене.

Самопроизвольное включение устройства. Следует сразу же проверить, не залипла ли кнопка включения. Если да, то следует аккуратно очистить место расположения кнопки растворителем или моющим средством.

В большинстве случаев это поможет. Если грязь попала на контакты пульта дистанционного управления, следует поступить точно так же.

Если дефект не пропал, следует проверить целостность контактов платы внутри вытяжки и при необходимости почистить или подпаять.

При слабой тяге в первую очередь надо прочистить фильтры и жироуловитель.

В случае если это не помогает, следует проверить воздуховод и вентиляционную шахту на предмет засорения, а также убедиться, что естественная вентиляция исправна. При необходимости прочистить.

Если вытяжка не включается, следует проверить все, связанное с внешним электропитанием, целостность предохранителя, выключателя, вилки и т. д. Если проводка в порядке, возможно, сломался двигатель.

В данном случае ремонт нецелесообразен, и дешевле будет поменять прибор.

Перестала гореть подсветка? Скорее всего, требуется просто заменить лампочку. Это очень легко.

При выявленных неисправностях панели управления желательно все-таки вызвать мастера. Далеко не у всех есть навык работы с такими устройствами.

Драйвер полевого транзистора

Если всё же требуется подключать нагрузку к n-канальному транзистору
между стоком и землёй, то решение есть. Можно использовать готовую
микросхему — драйвер верхнего плеча. Верхнего — потому что транзистор
сверху.

Выпускаются и драйверы сразу верхнего и нижнего плеч (например,
IR2151) для построения двухтактной схемы, но для простого включения
нагрузки это не требуется. Это нужно, если нагрузку нельзя оставлять
«висеть в воздухе», а требуется обязательно подтягивать к земле.

Рассмотрим схему драйвера верхнего плеча на примере IR2117.

Схема не сильно сложная, а использование драйвера позволяет наиболее
эффективно использовать транзистор.

Электронно-дырочный переход

Основа работы прибора заключается в способности n-p перехода пропускать ток в одну сторону. При подаче напряжения на одном переходе возникает его прямое падение, а на другом обратное. Зона перехода с прямым напряжением обладает малым сопротивлением, а с обратным — большим. Между базой и эмиттером протекает небольшой ток управления. От значения этого тока изменяется сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярный прибор бывает двух типов:

  • p-n-p;
  • n-p-n.

Отличие заключается лишь в основных носителях заряда, т. е. направлении тока.

Если соединить два полупроводника разного типа между собой, то на границе соединения возникает область или, как принято называть, p-n переход. Тип проводимости зависит от атомного строения материала, а именно насколько прочны связи в материале. Атомы в полупроводнике располагаются в виде решётки, и сам по себе такой материал не является проводником. Но если в решётку добавить атомы другого материала, то физические свойства полупроводника изменяются. Примешанные атомы образовывают, в зависимости от своей природы, свободные электроны или дырки.

Образованные свободные электроны формируют отрицательный заряд, а дырки — положительный. В области перехода существует потенциальный барьер. Он образуется контактной разностью потенциалов, и его высота не превышает десятые доли вольта, препятствуя протеканию носителей заряда вглубь материала. Если переход находится под прямым напряжением, то величина потенциального барьера уменьшается, а величина проходящего через него тока увеличивается. При прикладывании обратного напряжения, величина барьера увеличивается и сопротивление барьера прохождению тока возрастает. Понимая работу p-n перехода, можно разобраться, как устроен транзистор.

Заключение

Микросхемы драйвера затвора нижнего плеча с истинно дифференциальными управляющими входами, такие как 1EDN7550B или 1EDN8550B производства Infineon, могут выдерживать статические сдвиги потенциала GND синфазного режима до ±70 В, а при динамических сдвигах доходить до пиковых значений ±150 В. С микросхемами 1EDN7550B и 1EDN8550B можно применять транзисторы в схеме включения нижнего плеча, имеющие вывод Кельвина (рисунок 5). Речь идет о таких сериях транзисторов как CoolMOS P7, C7 или G7, например, в топологии ККМ на базе повышающего преобразователя на 2,5 кВт. Также нет необходимости разделять контуры заземления изолированной микросхемой драйвера. Микросхемы 1EDN7550B и 1EDN8550B обеспечивают достаточную устойчивость к перепадам напряжения на заземлении, обычно присутствующим в схемах с большими однослойными печатными платами, а также в топологиях, где требования к механическим конструкциям подразумевают большие расстояния между ШИМ-контроллером и драйвером затвора.

Рис. 5. МОП-транзистор с выводом Кельвина, управляемый драйвером затвора с истинно дифференциальными управляющими входами

•••

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 , то они оставлены за рамками данной статьи.

И наконец, как упоминалось выше, линейка драйверов MOSFET- и IGBT-транзисторов компании STMicroelectronics не исчерпывается драйверами полумостовой схемы. С номенклатурой драйверов категорий «Single» и «Multiple» и их параметрами можно ознакомиться на официальном сайте компании STMicroelectronics — http://www.st.com/.

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.

Заключение

В данной статье мы попытались рассказать о драйверах SEMIKRON, предназначенных для управления модулями MOSFET/IGBT средней и высокой мощности, и не затронули устройства, выпускаемые фирмой для управления тиристорами и тиристорными мостами .

Знание особенностей и характеристик драйверов необходимо разработчику для правильного выбора, а широкая номенклатура таких устройств, предлагаемых SEMI-KRON для мощных применений, позволяет подобрать оптимальную схему управления практически для всех возможных конфигураций схем.

Выгодным отличием драйверов SEMIKRON от аналогичных изделий является обязательное наличие гальванической развязки сигналов управления и сигналов неисправности, а также включение в состав драйвера изолированного DC/DC-конвертора. Все это позволяет создавать силовые преобразовательные устройства с максимальным уровнем функциональности и надежности.


Рис. 14. Плата драйвера модуля SKADS

Быстрое развитие техники, сокращение времени на разработку и выход на рынок требуют от производителей компонентов создания все более законченных изделий, готовых решений. Именно поэтому, говоря о драйверах SEMIKRON, нельзя не упомянуть о новейшей разработке — модуле SKAI (SKADS) — полностью законченном приводе трехфазного асинхронного двигателя, выпущенном SEMIKRON для применения в электро- и гибридомобилях . Плата драйвера этого устройства, показанная на рис. 14, включает в себя не только традиционное изолированное устройство управления затворами MOSFET/IGBT и DC/DC-конвертор, но и DSP-контроллер TMS320LF2406/2407 и интерфейс CAN.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий