Современные высоковольтные драйверы MOSFET и IGBT транзисторов. Андрей Никитин г. Минск. Мощные полевые MOSFET транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT транзисторы являются базовыми элементами современной силовой электроники и используются в качестве элементов коммутации больших токов и напряжений. Однако для согласования низковольтных логических управляющих сигналов с уровнями управления затвора MOSFET и IGBT транзисторов требуются промежуточные устройства согласования  высоковольтные драйверы в дальнейшем, для краткости, под высоковольтными драйверами будем понимать высоковольтные драйверы MOSFET и IGBT транзисторов. Упрощенные схемы управления MOSFET и IGBT транзисторами. В первом случае рис. ATA6026_pic1.gif' alt='Мостовой Преобразователь На Драйверах' title='Мостовой Преобразователь На Драйверах' />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. Причем нагрузка может быть включена как на верхнее, так и на нижнее плечо, но подключена к средней точке аналогично полумостовой схеме т. 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. Однако более ранние разработки содержат микросхемы драйверов, управляющих включением или выключением одиночного MOSFET или IGBT транзистора категория Single в терминах компании STMicroelectronics. При определенной схеме включения данные драйверы могут управлять нагрузкой как верхнего, так и нижнего плеча. Мостовой Преобразователь На Драйверах' title='Мостовой Преобразователь На Драйверах' />Отметим также микросхему TD3. Такое решение будет эффективным при управлении трехфазной нагрузкой. Известен статический преобразователь, содержащий полумостовой. Драйверы 16, 17 управляют соответственно последовательно. Независимые драйверы верхнего и драйверы нижнего плеча полумоста. DCDCпреобразователей с различной архитектурой и ряд других. Мостовой Драйвер Двигателя Постоянного Тока. Особенности применения высоковольтных драйверов производства IR. Кроме того, драйверы силовых ключей, в отличие от простых преобразователей. Данную микросхему компания STMicroelectronics относит к драйверам категории Multiple. Микросхемы данного семейства включают в себя как независимые драйверы верхнего и нижнего плеча H L, так и драйверы полумостовой схемы HB. Параметры драйверов семейства L6. Наименование Voffcet, В Io, м. А Io, м. А Ton, нс Toff, нс Tdt, нс Тип Управление L6. Конечно, вряд ли ктото использует мостовую схему, например в 10Вт. Испытывал резонансный преобразователь с контуром на Тобразном. Используется мостовой драйвер, собранный на 4 полевых. Hмостовой драйвер электродвигателя. Встроенный емкостной преобразователь формирует напряжения затворов для драйверов верхнего уровня в. Мостовой Преобразователь На Драйверах' title='Мостовой Преобразователь На Драйверах' />E 6. Prog. HB IN SD L6. E 6. 00 4. 00 6. 50 1. H L HINLIN L6. E 6. H L HINLIN SD L6. E 6. 00 4. 00 6. 50 1. H L HINLIN L6. E 6. HB HINLIN. Поясним некоторые параметры. VOFFSET  максимально возможное напряжение между истоком верхнего транзистора и землей. IO IO   максимальный выходной ток при открытом верхнем нижнем транзисторе выходного каскада микросхемы. TON TOFF  задержка распространения сигнала от входов HIN и LIN до выходов HO и LO при включении выключении. TDT  время паузы  параметр, имеющий отношение к драйверам полумостовой схемы. Мостовой Преобразователь На Драйверах' title='Мостовой Преобразователь На Драйверах' />При смене активных состояний логическая схема принудительно вводит паузы, позволяющие избегать включения верхнего и нижнего плеча одновременно. Например, если выключается нижнее плечо, то какое то время оба плеча выключены и только потом включается верхнее. И, наоборот, если выключается верхнее плечо, то какое то время оба плеча выключены и затем включается нижнее. Это время может быть либо фиксированным как в L6. E, либо задаваться путем выбора номинала соответствующего внешнего резистора как в L6. E. 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 L6. 38. E помимо этого используется дополнительный вход SD, отключающий оба плеча независимо от состояния на входах HIN и LIN. Сигнал SD отключает оба плеча независимо от состояния на входе IN. Сигнал IN 1 эквивалентен комбинации сигналов. Таким образом, одновременное включение транзисторов верхнего и нижнего плеча невозможно в принципе. Если сравнивать с микросхемами семейства IRS поколение G5 HVIC, то компания International Rectifier предлагает, главным образом, микросхемы с параметром 2. А. Однако в линейке International Rectifier есть также модели с параметрами 2. А IRS2. 11. 3 и несколько меньшим быстродействием или микросхемы с выходными токами до 4. А IRS2. 18. 6. Правда, в этом случае время переключения по сравнению с L6. E увеличивается до значения 1. Значения TON TOFF, равные 1. L6. 38. 5E, превышают аналогичные значения микросхем семейства IRS пусть и не очень значительно. Лучших показателей 6. International Rectifier добилась в модели IRS2. VOFFSET до 2. 00 В. Компания International Rectifier, помимо микросхем с аналогичной архитектурой, предлагает драйверы с раздельными общими шинами для входного и выходного каскадов. Если критичной является входная логика IN SD, то драйвер L6. E превосходит по своим параметрам изделия International Rectifier. Структура и схема включения L6. Мостовой Преобразователь На Драйверах' title='Мостовой Преобразователь На Драйверах' />Вых и мостовых схемах. Распределение семейств микросхем драйверов Texas Instruments в зависимости от. В неполных мостовых схемах у нас есть 1 MOSFET верхнего уровня и 1. E. 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 предотвращения этого должны использоваться схемы контроля напряжения UVLO  Under Voltage Lock. Out и для верхнего контроль потенциала VBOOT, и для нижнего контроль VCC плеча. 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 L6. E, но и во всех остальных микросхемах этого семейства. Ее структура и схема включения приведены на рис. Структура и схема включения L6. EОсновные отличия L6. E от L6. 38. 5E. 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. Использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней IR2. Geektimes. Быть может, после прочтения этой статьи вам не придтся ставить такие же по размерам радиаторы на транзисторы. Перевод этой статьи. Небольшое обращение от переводчика Во первых, в данном переводе могут быть серьзные проблемы с переводом терминов, я не занимался электротехникой и схемотехникой достаточно, но вс же что то знаю также я пытался перевести вс максимально понятно, поэтому не использовал такие понятия, как бутсрепный, МОП транзистор и т. Во вторых, если орфографически сейчас уже сложно сделать ошибку хвала текстовым процессорам с указанием ошибок, то ошибку в пунктуации сделать довольно таки просто. Обычно это выглядит так берм двигатель берм компоненты подсоединяем компоненты и двигатель. 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 придтся 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 нашл статью в блоге одного молодого человека, которого зовут Syed Tahmid Mahbub. Этой статьй я и решил поделится. 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 распространнным способом управления полевыми транзисторами в таких случаях является использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней для MOSFET. Несомненно, самым популярным микросхемой драйвером является IR2. И в этой статьеучебнике я буду говорить о именно о нм. Вы можете загрузить документацию для IR2. IR. Вот ссылка для загрузки http www. Давайте для начала взглянем на блок схему, а также описание и расположение контактов Рисунок 1 Функциональная блок схема IR2. Рисунок 2 Распиновка IR2. Рисунок 3 Описание пинов IR2. Также стоит упомянуть, что IR2. PDIP для выводного монтажа и 1. SOIC для поверхностного монтажа. Теперь поговорим о различных контактах. VCC это питание нижнего уровня, должно быть между 1. В и 2. 0В. VDD это логическое питание для IR2. В и 2. 0В 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 5. В. При VDD 5. В, входной порог логической 1 немного выше, чем 3. В. Таким образом, когда напряжение VDD 5. В, IR2. 11. 0 может быть использован для управления нагрузкой, когда вход 1 выше, чем 3 сколько то вольт. Это означает, что IR2. В. Когда вы используете микроконтроллеры, выходное напряжение будет выше, чем 4. В ведь микроконтроллер довольно часто имеет VDD 5. В. Когда используется SG3. TL4. 94 или другой ШИМ контроллер, то, вероятно, придтся их запитывать напряжением большим, чем 1. В, значит на выходах будет больше, чем 8. В, при логической единице. Таким образом, IR2. Вы также можете снизить VDD примерно до 4. В, если используете микроконтроллер или любой чип, который дат на выходе 3. В например, ds. PIC3. При проектировании схем с IR2. VDD у IR2. 11. 0 был выбран менее 4. В. Поэтому я не рекомендую использовать VDD ниже 4. Atmel Studio Русификатор. В. В большинстве моих схем уровни сигнала не имеют напряжение меньше, чем 4. В как 1, и поэтому я использую VDD 5. V. Если по каким либо причинам в схеме уровень сигнала логической 1 имеет напряжение меньшее, чем 3. В, то вам нужно использовать преобразователь уровнейтранслятор уровней, он будет поднимать напряжение до приемлемых пределов. В таких ситуациях я рекомендую повышение до 4. В или 5. В и использование у IR2. VDD 5. В. 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, IR2. 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, IR2. Когда этот вывод является высоким, выходы выключены, отключая управление IR2. Теперь давайте взглянем на частые конфигурации с IR2. MOSFETами как верхних и нижних ключей на полумостовые схемы. Рисунок 5 Базовая схема на IR2. D1, C1 и C2 совместно с IR2. 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 мкость должна быть выбрана у C1 для того чтобы е хватило для обеспечения необходимого заряда для Q1, чтобы Q1 был включн вс это время. C1 также не должен иметь слишком большую мкость, так как процесс заряда будет проходить долго и уровень напряжения не будет увеличиваться в достаточной степени чтобы сохранить MOSFET включнным. Чем большее время требуется во включнном состоянии, тем большая требуется мкость. Таким образом меньшая частота требует большую мкость C1. Больший коэффициент заполнения требует большую мкость C1. Конечно есть формулы для расчта мкости, но для этого нужно знать множество параметров, а некоторые из них мы может не знать, например ток утечки конденсатора. Поэтому я просто оценил примерную мкость. Для низких частот, таких как 5. Гц, я использую мкость от 4. Ф до 6. 8мк. Ф. Для высоких частот, таких как 3. Гц, я использую мкость от 4.