Pokretački programi za upravljanje snažnim tranzistorima s efektom polja. FET upravljački programi

Možda nakon čitanja ovog članka nećete morati instalirati radijatore iste veličine na tranzistore.
Prijevod ovog članka.

Kratka poruka prevoditelja:

Prvo, u ovom prijevodu može biti ozbiljnih problema s prijevodom pojmova, nisam dovoljno studirao elektrotehniku i projektiranje sklopova, ali ipak nešto znam; Također sam pokušao sve prevesti što jasnije, tako da nisam koristio koncepte kao što su bootstrap, MOSFET itd. Drugo, ako je pravopis sada teško pogriješiti (pohvala programi za obradu teksta označavanje pogrešaka), tada je prilično lako pogriješiti u interpunkciji.
A na ove dvije točke molim vas da me što jače šutnete u komentarima.

Sada razgovarajmo više o temi članka - uz svu raznolikost članaka o izgradnji raznih vozila pogled s tla (automobili) na MK, na Arduinu, na<вставить название>, dizajn samog strujnog kruga, a još manje strujni krug za spajanje motora, nije opisan dovoljno detaljno. Obično izgleda ovako:
- uzeti motor
- uzeti komponente
- spojite komponente i motor
- …
- PROFIT!1!

Ali izgraditi više složeni sklopovi Umjesto jednostavnog okretanja PWM motora u jednom smjeru kroz L239x, obično je potrebno znanje o punim mostovima (ili H-mostovima), tranzistorima s efektom polja (ili MOSFET-ovima) i, dobro, upravljačkim programima za njih. Ako ga ništa ne ograničava, tada možete koristiti p-kanalne i n-kanalne tranzistore za puni most, ali ako je motor dovoljno snažan, tada će se prvo morati izvagati p-kanalni tranzistori velik broj radijatore, zatim dodajte hladnjake, ali ako ih je šteta baciti, onda možete isprobati druge vrste hlađenja ili jednostavno koristiti samo n-kanalne tranzistore u krugu. Ali postoji mali problem s n-kanalnim tranzistorima - ponekad može biti prilično teško otvoriti ih "na prijateljski način".

Pa sam tražio nešto što bi mi pomoglo pri sastavljanju ispravna shema, a pronašao sam članak na blogu mladića po imenu Syed Tahmid Mahbub. Odlučio sam podijeliti ovaj članak.

U mnogim situacijama moramo koristiti FET-ove kao sklopke visoke razine. Također u mnogim situacijama moramo koristiti tranzistore s efektom polja kao prekidače i za gornju i za donju razinu. Na primjer, u strujnim krugovima mostova. U parcijalnim premosnim sklopovima imamo 1 MOSFET visoke razine i 1 MOSFET niske razine. U sklopovima punog mosta imamo 2 MOSFET-a visoke razine i 2 MOSFET-a niske razine. U takvim situacijama morat ćemo zajedno koristiti upravljačke programe visoke i niske razine. Najčešći način upravljanja tranzistorima s efektom polja u takvim slučajevima je korištenje sve nižeg i nižeg pokretačkog sklopa. gornje razine za MOSFET. Bez sumnje, najpopularniji upravljački čip je IR2110. A u ovom članku/udžbeniku govorit ću upravo o tome.

Dokumentaciju za IR2110 možete preuzeti s IR web stranice. Ovdje je poveznica za preuzimanje: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Pogledajmo prvo blok dijagram, kao i opis i položaj pinova:

Slika 1 - Funkcionalni blok dijagram IR2110

Slika 2 - pinout IR2110

Slika 3 - Opis pinova IR2110

Također je vrijedno spomenuti da IR2110 dolazi u dva paketa - 14-pinski PDIP za pin-out montažu i 16-pinski SOIC za površinsku montažu.

Sada razgovarajmo o raznim kontaktima.

VCC je izvor napajanja niske razine, trebao bi biti između 10 V i 20 V. VDD je logički izvor za IR2110, trebao bi biti između +3V i +20V (u odnosu na VSS). Stvarni napon koji odaberete ovisi o razini napona ulaznih signala. Evo grafikona:

Slika 4 - Ovisnost logike 1 o snazi

Obično je VDD +5V. Kada je VDD = +5V, ulazni prag logičke 1 je malo viši od 3V. Dakle, kada je VDD = +5 V, IR2110 se može koristiti za kontrolu opterećenja kada je ulaz "1" viši od 3 (nekih) volta. To znači da se IR2110 može koristiti za gotovo sve krugove, budući da se većina krugova obično napaja na oko 5V. Kada koristite mikrokontrolere, izlazni napon bit će veći od 4V (uostalom, mikrokontroler često ima VDD = +5V). Kada koristite SG3525 ili TL494 ili neki drugi PWM kontroler, vjerojatno ćete ih morati napajati naponom većim od 10 V, što znači da će izlazi biti veći od 8 V na logičkoj jedinici. Stoga se IR2110 može koristiti gotovo svugdje.

Također možete smanjiti VDD na oko +4V ako koristite mikrokontroler ili bilo koji čip koji proizvodi 3.3V (npr. dsPIC33). Prilikom projektiranja sklopova s IR2110, primijetio sam da ponekad sklop ne radi ispravno kada je VDD IR2110 postavljen na manje od +4V. Stoga ne preporučam korištenje VDD ispod +4V. U većini mojih sklopova razine signala nemaju napon manji od 4V kao "1" i stoga koristim VDD = +5V.

Ako iz nekog razloga u krugu razina signala logičke "1" ima napon manji od 3 V, tada morate koristiti pretvarač razine / prevoditelj razine, on će podići napon do prihvatljivih granica. U takvim situacijama preporučujem povećanje na 4V ili 5V i korištenje IR2110 VDD = +5V.

Sada razgovarajmo o VSS i COM. VSS je zemlja za logiku. COM je "niska razina povratka" - u osnovi vozačeva niska razina tla. Može izgledati kao da su neovisni, a netko bi mogao pomisliti da bi možda bilo moguće izolirati izlaze drajvera i logiku signala drajvera. Međutim, to bi bilo pogrešno. Iako nisu interno povezani, IR2110 je neizolirani pokretački program, što znači da VSS i COM moraju biti spojeni na masu.

HIN i LIN su logički ulazi. Visok signal na HIN znači da želimo kontrolirati visoku tipku, odnosno na HO se izvodi izlaz visoke razine. Slab signal na HIN znači da želimo isključiti MOSFET visoke razine, to jest, HO je izlaz niske razine. Izlaz u HO, visok ili nizak, ne uzima se u obzir u odnosu na masu, već u odnosu na VS. Uskoro ćemo vidjeti kako krugovi pojačala (dioda + kondenzator) koji koriste VCC, VB i VS daju promjenjivu snagu za pogon MOSFET-a. VS je plutajući povrat snage. Na visokoj razini, razina na HO jednaka je razini na VB, u odnosu na VS. Na niskoj razini, razina na HO jednaka je VS, u odnosu na VS, efektivno nula.

Visoki LIN signal znači da želimo kontrolirati nisku sklopku, to jest, izlaz visoke razine izvodi se na LO. Nizak LIN signal znači da želimo isključiti MOSFET niske razine, to jest, LO je izlaz niske razine. Izlaz u LO se smatra relativnim u odnosu na masu. Kada je signal visok, razina na LO je ista kao na VCC, u odnosu na VSS, efektivno uzemljen. Kada je signal nizak, razina u LO je ista kao u VSS, u odnosu na VSS, efektivno nula.

SD se koristi kao kontrola zaustavljanja. Kada je razina niska, IR2110 je uključen - funkcija zaustavljanja je onemogućena. Kada je ovaj pin visok, izlazi se isključuju, onemogućujući kontrolu nad IR2110.
Sada pogledajmo uobičajenu konfiguraciju s IR2110 za pogon MOSFET-a kao prekidača visokog i niskog stupnja - polumosni sklopovi.

Slika 5 - Osnovni sklop na IR2110 za kontrolu polumosta

D1, C1 i C2 zajedno s IR2110 čine krug pojačala. Kada je LIN = 1 i Q2 uključen, C1 i C2 se pune do razine VB, budući da se jedna dioda nalazi ispod +VCC. Kada je LIN = 0 i HIN = 1, naboj na C1 i C2 koristi se za dodavanje dodatnog napona, VB na u ovom slučaju, iznad razine izvora Q1 za kontrolu Q1 u konfiguraciji gornjeg prekidača. Dovoljno veliki kapacitet mora biti odabran na C1 tako da je dovoljan za pružanje potrebna naknada za Q1, tako da je Q1 uključen sve ovo vrijeme. C1 također ne bi trebao imati preveliki kapacitet, budući da će proces punjenja trajati dugo i razina napona se neće dovoljno povećati da MOSFET ostane uključen. Kako duže vrijeme potreban kada je uključen, što je veći kapacitet potreban. Dakle, niža frekvencija zahtijeva veći kapacitet C1. Veći faktor punjenja zahtijeva veći kapacitet C1. Naravno, postoje formule za izračunavanje kapacitivnosti, ali za to morate znati mnoge parametre, a neke od njih možda ne znamo, na primjer, struju curenja kondenzatora. Dakle, samo sam procijenio približan kapacitet. Za niske frekvencije kao što je 50Hz, koristim kapacitet od 47uF do 68uF. Za visoke frekvencije kao što je 30-50kHz, koristim kapacitete u rasponu od 4,7uF do 22uF. Budući da koristimo elektrolitički kondenzator, onda bi trebalo koristiti keramički kondenzator paralelno s ovim kondenzatorom. Keramički kondenzator nije potreban ako je kondenzator za pojačanje tantal.

D2 i D3 brzo prazne vrata MOSFET-a, zaobilazeći otpornike vrata i smanjujući vrijeme isključivanja. R1 i R2 su otpornici za ograničavanje struje.

MOSV može biti maksimalno 500V.

VCC bi trebao dolaziti iz izvora bez smetnji. Za filtriranje morate instalirati kondenzatore za filtriranje i odvajanje od +VCC do mase.

Pogledajmo sada neke primjere krugova s IR2110.

Slika 6 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski polumost

Slika 7 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski puni most s neovisno kontrolirani tipke (mogu se kliknuti)

Na slici 7 vidimo IR2110 koji se koristi za kontrolu punog mosta. U tome nema ništa komplicirano i mislim da ovo već razumijete. Ovdje također možete primijeniti prilično popularno pojednostavljenje: povezujemo HIN1 s LIN2, a povezujemo HIN2 s LIN1, čime dobivamo kontrolu nad sva 4 ključa koristeći samo 2 ulaznih signala, umjesto 4, ovo je prikazano na slici 8.

Slika 8 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski puni most s ključnom kontrolom s dva ulaza (može se kliknuti)

Slika 9 - Krug s IR2110 kao visokonaponskim pokretačem najviše razine

Na slici 9 vidimo IR2110 koji se koristi kao upravljački program visoke razine. Krug je prilično jednostavan i ima istu funkcionalnost kao što je gore opisano. Jedna stvar koju treba uzeti u obzir je da, budući da više nemamo prekidač niske razine, mora postojati opterećenje povezano od OUT-a na masu. Inače se kondenzator pojačala neće moći napuniti.

Slika 10 - Krug s IR2110 kao pokretačem niske razine

Slika 11 - Krug s IR2110 kao dvostrukim pokretačem niske razine

Ako imate problema sa svojim IR2110 i sve vam stalno kvari, gori ili eksplodira, prilično sam siguran da je to zato što ne koristite otpornike izlaznog izvora, pod pretpostavkom da ste ga pažljivo dizajnirali, naravno. NIKADA NE ZABORAVITE NA OTPORNIKE GATE-SOURCE. Ako ste zainteresirani, ovdje možete pročitati moje iskustvo s njima (također objašnjavam zašto otpornici sprječavaju oštećenja).

Možda nakon čitanja ovog članka nećete morati instalirati radijatore iste veličine na tranzistore.
Prijevod ovog članka.

Kratka poruka prevoditelja:

Prvo, u ovom prijevodu mogu biti ozbiljni problemi s prijevodom pojmova, nisam dovoljno studirao elektrotehniku i dizajn sklopova, ali ipak nešto znam; Također sam pokušao sve prevesti što jasnije, tako da nisam koristio koncepte kao što su bootstrap, MOSFET itd. Drugo, ako je sada teško napraviti pravopisnu pogrešku (svaka čast procesorima teksta za označavanje pogrešaka), onda je prilično lako pogriješiti u interpunkciji.
A na ove dvije točke molim vas da me što jače šutnete u komentarima.

Sada razgovarajmo više o temi članka - uz svu raznolikost članaka o izgradnji raznih zemaljskih vozila (automobila) na MK, na Arduinu, na<вставить название>, dizajn samog strujnog kruga, a još manje strujni krug za spajanje motora, nije opisan dovoljno detaljno. Obično izgleda ovako:
- uzeti motor
- uzeti komponente
- spojite komponente i motor
- …
- PROFIT!1!

Ali za izgradnju složenijih sklopova od jednostavnog okretanja PWM motora u jednom smjeru kroz L239x, obično vam je potrebno znanje o punim mostovima (ili H-mostovima), o tranzistorima s efektom polja (ili MOSFET-ovima) i o pogonskim programima za njih. Ako nema ograničenja, tada možete koristiti p-kanalne i n-kanalne tranzistore za puni most, ali ako je motor dovoljno snažan, tada će p-kanalni tranzistori prvo morati biti obješeni s velikim brojem radijatora, tada će se dodati hladnjaci, ali ako ih je šteta potpuno izbaciti, onda možete pokušati s drugim vrstama hlađenja ili jednostavno koristiti samo n-kanalne tranzistore u krugu. Ali postoji mali problem s n-kanalnim tranzistorima - ponekad može biti prilično teško otvoriti ih "na prijateljski način".

Pa sam tražio nešto što bi mi pomoglo da napravim pravi dijagram i našao sam članak na blogu mladića po imenu Syed Tahmid Mahbub. Odlučio sam podijeliti ovaj članak.

U mnogim situacijama moramo koristiti FET-ove kao sklopke visoke razine. Također u mnogim situacijama moramo koristiti tranzistore s efektom polja kao prekidače i za gornju i za donju razinu. Na primjer, u strujnim krugovima mostova. U parcijalnim premosnim sklopovima imamo 1 MOSFET visoke razine i 1 MOSFET niske razine. U sklopovima punog mosta imamo 2 MOSFET-a visoke razine i 2 MOSFET-a niske razine. U takvim situacijama morat ćemo zajedno koristiti upravljačke programe visoke i niske razine. Najčešći način upravljanja tranzistorima s efektom polja u takvim slučajevima je korištenje pokretačkog sklopa niske i visoke razine za MOSFET-ove. Bez sumnje, najpopularniji upravljački čip je IR2110. A u ovom članku/udžbeniku govorit ću upravo o tome.

Dokumentaciju za IR2110 možete preuzeti s IR web stranice. Ovdje je poveznica za preuzimanje: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Pogledajmo prvo blok dijagram, kao i opis i položaj pinova:

Slika 1 - Funkcionalni blok dijagram IR2110

Slika 2 - pinout IR2110

Slika 3 - Opis pinova IR2110

Također je vrijedno spomenuti da IR2110 dolazi u dva paketa - 14-pinski PDIP za pin-out montažu i 16-pinski SOIC za površinsku montažu.

Sada razgovarajmo o raznim kontaktima.

Slika 4 - Ovisnost logike 1 o snazi

Obično se koristi VDD od +5V. Kada je VDD = +5V, ulazni prag logičke 1 je malo viši od 3V. Dakle, kada je VDD = +5V, IR2110 se može koristiti za kontrolu opterećenja kada je ulaz "1" viši od 3 (nešto) volta. To znači da se IR2110 može koristiti za gotovo sve krugove, budući da se većina krugova obično napaja na oko 5V. Kada koristite mikrokontrolere, izlazni napon će biti veći od 4V (uostalom, mikrokontroler često ima VDD = +5V). Kada koristite SG3525 ili TL494 ili neki drugi PWM kontroler, vjerojatno ćete ih morati napajati naponom većim od 10 V, što znači da će izlazi biti veći od 8 V na logičkoj jedinici. Stoga se IR2110 može koristiti gotovo svugdje.

HIN i LIN su logički ulazi. Visok signal na HIN znači da želimo kontrolirati visoku tipku, to jest, izlaz visoke razine se izvodi na HO. Niski signal na HIN znači da želimo isključiti MOSFET visoke razine, odnosno izlaz niske razine izvodi se na HO. Izlaz u HO, visok ili nizak, ne uzima se u obzir u odnosu na masu, već u odnosu na VS. Uskoro ćemo vidjeti kako krugovi pojačala (dioda + kondenzator) koji koriste VCC, VB i VS daju promjenjivu snagu za pogon MOSFET-a. VS je plutajući povrat snage. Na visokoj razini, razina na HO jednaka je razini na VB, u odnosu na VS. Na niskoj razini, razina na HO jednaka je VS, u odnosu na VS, efektivno nula.

Slika 5 - Osnovni sklop na IR2110 za kontrolu polumosta

D1, C1 i C2 zajedno s IR2110 čine krug pojačala. Kada je LIN = 1 i Q2 uključen, C1 i C2 se pune do razine VB, budući da se jedna dioda nalazi ispod +VCC. Kada je LIN = 0 i HIN = 1, naboj na C1 i C2 koristi se za dodavanje dodatnog napona, VB u ovom slučaju, iznad razine izvora Q1 za pogon Q1 u visokoj konfiguraciji prekidača. Na C1 mora biti odabran dovoljno veliki kapacitet tako da bude dovoljan da osigura potreban naboj Q1 tako da Q1 bude uključen cijelo vrijeme. C1 također ne bi trebao imati preveliki kapacitet, budući da će proces punjenja trajati dugo i razina napona se neće dovoljno povećati da MOSFET ostane uključen. Što je duže vrijeme potrebno u uključenom stanju, to je potreban veći kapacitet. Dakle, niža frekvencija zahtijeva veći kapacitet C1. Veći faktor punjenja zahtijeva veći kapacitet C1. Naravno, postoje formule za izračunavanje kapacitivnosti, ali za to morate znati mnoge parametre, a neke od njih možda ne znamo, na primjer, struju curenja kondenzatora. Dakle, samo sam procijenio približan kapacitet. Za niske frekvencije kao što je 50Hz, koristim kapacitet od 47uF do 68uF. Za visoke frekvencije kao što je 30-50kHz, koristim kapacitete u rasponu od 4,7uF do 22uF. Budući da koristimo elektrolitski kondenzator, paralelno s ovim kondenzatorom mora se koristiti keramički kondenzator. Keramički kondenzator nije potreban ako je kondenzator za pojačanje tantal.

D2 i D3 brzo prazne vrata MOSFET-a, zaobilazeći otpornike vrata i smanjujući vrijeme isključivanja. R1 i R2 su otpornici za ograničavanje struje.

MOSV može biti maksimalno 500V.

VCC bi trebao dolaziti iz izvora bez smetnji. Za filtriranje morate instalirati kondenzatore za filtriranje i odvajanje od +VCC do mase.

Pogledajmo sada neke primjere krugova s IR2110.

Slika 6 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski polumost

Slika 7 - Krug s IR2110 za visokonaponski puni most s neovisnom kontrolom ključa (može se kliknuti)

Na slici 7 vidimo IR2110 koji se koristi za kontrolu punog mosta. U tome nema ništa komplicirano i mislim da ovo već razumijete. Ovdje također možete primijeniti prilično popularno pojednostavljenje: povezujemo HIN1 s LIN2, a povezujemo HIN2 s LIN1, čime dobivamo kontrolu nad sva 4 ključa koristeći samo 2 ulazna signala, umjesto 4, što je prikazano na slici 8.

Slika 8 - Strujni krug s IR2110 za visokonaponski puni most s ključnom kontrolom s dva ulaza (može se kliknuti)

Slika 9 - Krug s IR2110 kao visokonaponskim pokretačem najviše razine

Slika 10 - Krug s IR2110 kao pokretačem niske razine

Slika 11 - Krug s IR2110 kao dvostrukim pokretačem niske razine

Vozači tranzistori s efektom polja

MOSFET i IGBT tranzistorski pokretači - uređaji za upravljanje snažnim poluvodički uređaji u izlaznim stupnjevima pretvarača električna energija. Koriste se kao posredna veza između upravljačkog kruga (kontroler ili digitalni procesor signala) i snažni izvršni elementi.

Faze razvoja energetske (energetske) elektronike određene su napretkom tehnologija energetskih sklopki i njihovih upravljačkih krugova. Dominantan smjer u energetskoj elektronici je povećanje radnih frekvencija pretvarača koji ulaze u sklop sklopnih izvora napajanja. Pretvaranje električne energije u više visoke frekvencije omogućuje poboljšanje specifičnih karakteristika težine i veličine impulsni transformatori, kondenzatore i filterske prigušnice. Dinamički i statički parametri energetskih uređaja stalno se poboljšavaju, ali snažnim sklopkama također je potrebno učinkovito upravljati. Snažni pogonski programi velike brzine MOSFET i IGBT tranzistora dizajnirani su za uravnoteženu interakciju između upravljačkog kruga i izlaznih stupnjeva. Driveri imaju visoke izlazne struje (do 9 A), kratka vremena porasta, vremena pada, kašnjenja i druge zanimljivosti razlikovna obilježja. Klasifikacija pokretača prikazana je na slici 2.15.

Slika 2.15 - Klasifikacija vozača

Vozač mora imati najmanje, jedan vanjski izlaz(V push-pull sklopovi dva), što je obavezno. Može služiti kao predimpulsno pojačalo ili izravno ključni element kao dio pulsni izvor prehrana.

Kao kontrolirani uređaj u strujni krugovi za razne namjene mogu se koristiti bipolarni tranzistori, MOS tranzistori i uređaji tipa okidača (tiristori, trijaci). Zahtjevi za obavljanje vozača optimalna kontrola u svakom od ovih slučajeva su različiti. Vozač bipolarni tranzistor mora kontrolirati struju baze kada je uključena i osigurati resorpciju manjinskih nositelja u bazi tijekom faze isključivanja. Maksimalne vrijednosti Kontrolne struje malo se razlikuju od onih prosječnih u odgovarajućem intervalu. MOS tranzistor je kontroliran naponom, ali na početku intervala uključivanja i isključivanja vozač mora proći veliki impulsne struje kapacitet uređaja za punjenje i pražnjenje. Uređaji tipa okidača zahtijevaju formiranje kratkog strujnog impulsa samo na početku intervala uključivanja, budući da se isključivanje (prebacivanje) za najčešće uređaje događa duž glavne, a ne kontrolne elektrode. Sve te zahtjeve moraju u određenoj mjeri ispuniti odgovarajući upravljački programi.

Slike 2.16…2.18 pokazuju standardne sheme uključivanje bipolarnih i MOSFET tranzistora s efektom polja pomoću jednog tranzistora u driveru. To su takozvani sklopovi s pasivnim isključivanjem tranzistora snage. Kao što se može vidjeti sa slike, struktura pogonskih krugova je potpuno identična, što omogućuje korištenje istih krugova za upravljanje tranzistorima oba tipa. U ovom slučaju, resorpcija nosača nakupljenih u strukturi tranzistora događa se kroz pasivni element - vanjski otpornik. Njegov otpor, koji ranžira kontrolni prijelaz ne samo pri isključivanju, već i tijekom intervala uključivanja, ne može se odabrati premali, što ograničava brzinu resorpcije naboja.

Da biste povećali brzinu tranzistora i stvorili visokofrekventne sklopke, potrebno je smanjiti otpor kruga za resetiranje naboja. To se radi pomoću reset tranzistora, koji je uključen samo tijekom intervala pauze. Odgovarajući upravljački krugovi za bipolarne i MOS tranzistore prikazani su na slici 2.17.

Trenutno se MOSFET i IGBT tranzistori uglavnom koriste kao sklopke snage velike i srednje snage. Ako ove tranzistore smatramo opterećenjem za njihov upravljački krug, onda su to kondenzatori s kapacitetom od tisuća pikofarada. Za otvaranje tranzistora taj se kapacitet mora napuniti, a pri zatvaranju isprazniti, i to što je brže moguće. To treba učiniti ne samo da vaš tranzistor ima vremena za rad na visokim frekvencijama. Što je viši napon vrata tranzistora, manji je otpor kanala za MOSFET ili niži napon zasićenja kolektor-emiter za IGBT tranzistore. Napon praga za otvaranje tranzistora obično je 2-4 volta, a maksimum pri kojem je tranzistor potpuno otvoren je 10-15 volti. Stoga treba primijeniti napon od 10-15 volti. Ali čak ni u ovom slučaju, kapacitivnost vrata se ne puni odmah i neko vrijeme tranzistor radi u nelinearnom dijelu svoje karakteristike s velikim otporom kanala, što dovodi do velikog pada napona na tranzistoru i njegovog prekomjernog zagrijavanja. Ovo je takozvana manifestacija Millerovog efekta.

Kako bi se kapacitivnost vrata brzo napunila i tranzistor otvorio, potrebno je da vaš upravljački krug može osigurati što je moguće veću struju punjenja tranzistora. Kapacitivnost vrata tranzistora može se pronaći iz podataka o putovnici za proizvod, a pri izračunu trebate uzeti Cvx = Ciss.

Na primjer, uzmimo MOSFET tranzistor IRF740. Ima sljedeće karakteristike koje nas zanimaju:

Vrijeme otvaranja (vrijeme porasta - Tr) = 27 (ns)

Vrijeme zatvaranja (vrijeme pada - Tf) = 24 (ns)

Ulazni kapacitet - Ciss = 1400 (pF)

Maksimalnu struju otvaranja tranzistora izračunavamo kao:

Određujemo maksimalnu struju zatvaranja tranzistora koristeći isti princip:

Budući da obično koristimo 12 volti za napajanje upravljačkog kruga, odredit ćemo otpornik koji ograničava struju koristeći Ohmov zakon.

Odnosno, otpornik Rg=20 Ohm, prema standardnoj seriji E24.

Imajte na umu da nije moguće upravljati takvim tranzistorom izravno iz regulatora; predstavit ću da će maksimalni napon koji regulator može pružiti biti unutar 5 volti, i maksimalna struja unutar 50 mA. Izlaz kontrolera će biti preopterećen, a tranzistor će pokazati Millerov efekt, a vaš sklop će vrlo brzo otkazati, jer će se netko, bilo kontroler ili tranzistor, prvi pregrijati.
Stoga je potrebno odabrati pravi vozač.
Driver je pulsno pojačalo snage i dizajnirano je za upravljanje prekidačima napajanja. Pokretači mogu biti gornje i donje tipke odvojeno ili kombinirani u jedno kućište u pokretač gornje i donje tipke, na primjer, kao što je IR2110 ili IR2113.
Na temelju gore navedenih informacija, moramo odabrati pokretački program koji može održavati struju vrata tranzistora Ig = 622 mA.
Stoga ćemo koristiti IR2011 pokretački program koji može podržati struju vrata Ig = 1000 mA.

Također je potrebno uzeti u obzir maksimalni napon opterećenja koji će sklopke prebaciti. U ovom slučaju jednak je 200 volti.
Dalje, vrlo važan parametar je brzina zaključavanja. Ovo eliminira protok prolaznih struja u push-pull krugovima prikazanim na donjoj slici, što uzrokuje gubitke i pregrijavanje.

Ako pažljivo pročitate početak članka, tada prema podacima o putovnici tranzistora možete vidjeti da bi vrijeme zatvaranja trebalo biti manje od vremena otvaranja i, prema tome, struja isključivanja trebala bi biti veća od struje otvaranja Ako >Ir. Moguće je osigurati veću struju zatvaranja smanjenjem otpora Rg, ali tada će se povećati i struja otvaranja, što će utjecati na veličinu prenapona sklopke pri isključivanju, ovisno o brzini opadanja struje di/dt. S ove točke gledišta, povećanje brzine prebacivanja je u velikoj mjeri negativan faktor, smanjujući pouzdanost uređaja.

U ovom slučaju, iskoristit ćemo izvanredno svojstvo poluvodiča da struju propuštaju u jednom smjeru i ugraditi diodu u sklop vrata koja će propuštati struju isključivanja tranzistora If.

Dakle, struja vrata Ir teći će kroz otpornik R1, a struja vrata If će teći kroz diodu VD1, a budući da je otpor p–n spoja diode mnogo manji od otpora otpornika R1, tada If>Ir . Da isklopna struja ne prijeđe svoju vrijednost, serijski s diodom spojimo otpornik čiji ćemo otpor odrediti zanemarivanjem otpora diode u otvorenom stanju.

Uzmimo najbliži manji iz standardne serije E24 R2=16 Ohm.

Sada pogledajmo što znače nazivi pokretača gornje i donje tipke.
Poznato je da se MOSFET i IGBT tranzistori upravljaju naponom, odnosno naponom vrata-izvora (Gate-Source) Ugs.
Što su gornja i donja tipka? Donja slika prikazuje dijagram polumosta. Ova shema sadrži gornju i donju tipku, VT1 odnosno VT2. Gornja sklopka VT1 povezana je odvodom s pozitivnim napajanjem Vcc, a sorsom s opterećenjem i mora se otvoriti naponom dovedenim u odnosu na sors. Donji ključ, odvod je spojen na opterećenje, a izvor je spojen na negativ napajanja (uzemljenje), i mora se otvoriti naponom dovedenim u odnosu na masu.

A ako je s donjim ključem sve vrlo jasno, na njega nanesite 12 volti - otvara se, na njega nanesite 0 volti - zatvara se, a zatim za gornji ključ trebate poseban krug koji će ga otvoriti u odnosu na napon na izvoru tranzistora. Ova shema je već implementirana unutar upravljačkog programa. Sve što trebamo je dodati pojačivački kapacitet C2 drajveru, koji će se puniti naponom napajanja drajvera, ali u odnosu na izvor tranzistora, kao što je prikazano na slici ispod. Ovim naponom će se gornji ključ otključati.

Ovaj je sklop prilično izvediv, ali korištenje pojačanog kapaciteta omogućuje mu rad u uskim rasponima. Ovaj kapacitet se puni kada se otvori donji tranzistor i ne može biti prevelik ako sklop mora raditi na visokim frekvencijama, a također ne može biti premalen kada radi na niske frekvencije. To jest, s ovim dizajnom, ne možemo držati gornji prekidač otvorenim na neodređeno vrijeme; zatvorit će se odmah nakon što se kondenzator C2 isprazni, ali ako koristimo veći kapacitet, možda neće imati vremena za ponovno punjenje do sljedećeg razdoblja rada tranzistora. .
Više puta smo se susreli s ovim problemom i vrlo često smo morali eksperimentirati s odabirom pojačivača kapacitivnosti pri promjeni frekvencije prebacivanja ili algoritma rada kruga. Problem je riješen s vremenom i to vrlo jednostavno, na najpouzdaniji i “skoro” jeftin način. Dok smo proučavali tehničku referencu za DMC1500, zainteresirali smo se za svrhu P8 konektora.

Nakon pažljivog čitanja priručnika i temeljitog razumijevanja kruga cijelog pogona, pokazalo se da je ovo konektor za spajanje zasebnog, galvanski izoliranog napajanja. Spojimo minus napajanja na izvor gornje sklopke, a plus na ulaz Vb drajvera i pozitivnu nogu booster kapacitivnosti. Dakle, kondenzator se stalno puni, što omogućuje da gornja tipka ostane otvorena koliko god je potrebno, bez obzira na stanje donje tipke. Ovaj dodatak shemi omogućuje implementaciju bilo kojeg algoritma za prebacivanje ključa.
Može se koristiti kao izvor energije za punjenje kapaciteta pojačivača obični transformator s ispravljačem i filtrom, te DC-DC pretvarač.

Snažni MOSFET tranzistori s efektom polja su dobri za sve, osim jedne male nijanse - često ih je nemoguće spojiti izravno na pinove mikrokontrolera.

To je, prije svega, zbog činjenice da dopuštene struje za pinove mikrokontrolera rijetko prelaze 20 mA, a za vrlo brzo prebacivanje MOSFET-ovi (s dobrim prednjim stranama), kada trebate vrlo brzo napuniti ili isprazniti gate (koji uvijek ima neki kapacitet), zahtijevaju struje koje su za red veličine veće.

I, drugo, napajanje regulatora je obično 3 ili 5 volti, što, u načelu, omogućuje izravnu kontrolu samo male klase terenskih radnika (koji se nazivaju logička razina - s logička razina upravljanje). A s obzirom na to da obično napajanje regulatora i napajanje ostatka strujnog kruga imaju zajedničku negativnu žicu, ova se klasa svodi isključivo na N-kanalne terenske uređaje "logičke razine".

Jedan od izlaza u ovoj situaciji je korištenje posebnih mikrosklopova - drajvera, koji su upravo dizajnirani za izvlačenje velikih struja kroz vrata polja. Međutim, ova opcija nije bez nedostataka. Prvo, vozači nisu uvijek dostupni u trgovinama, a drugo, prilično su skupi.

S tim u vezi, pojavila se ideja da se napravi jednostavan, jeftin, labav pokretački program koji bi se mogao koristiti za kontrolu N-kanalnih i P-kanalnih terenskih uređaja u bilo kojem niskonaponski krugovi, recimo volti do 20. Pa, srećom, kao pravi radio ovisnik, imam puno raznoraznog elektroničkog smeća, pa se nakon niza eksperimenata rodila ova shema:

R 1 =2,2 kOhm, R 2 =100 Ohm, R 3 =1,5 kOhm, R 4 =47 Ohm
D 1 - dioda 1N4148 (staklena bačva)
T 1, T 2, T 3 - tranzistori KST2222A (SOT-23, oznaka 1P)
T 4 - tranzistor BC807 (SOT-23, oznaka 5C)

Kapacitivnost između Vcc i Out simbolizira vezu sklopke polja P-kanala, kapacitivnost između Out i Gnd simbolizira vezu sklopke polja N-kanala (kapacitivnost vrata ovih sklopki polja).

Isprekidana linija dijeli krug na dva stupnja (I i II). U ovom slučaju prvi stupanj radi kao pojačalo snage, a drugi stupanj kao strujno pojačalo. Rad kruga je detaljno opisan u nastavku.

Tako. Ako se pojavi ulaz Input visoka razina signala, tada se tranzistor T1 otvara, tranzistor T2 zatvara (budući da potencijal na njegovoj bazi pada ispod potencijala na emiteru). Zbog toga se tranzistor T3 zatvara, a tranzistor T4 otvara i kroz njega se ponovno puni kapacitivnost vrata priključene sklopke polja. (Bazna struja tranzistora T4 teče stazom E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).

Ako se pojavi ulaz Input niska razina signala, onda se sve događa obrnuto - tranzistor T1 se zatvara, zbog čega se povećava potencijal baze tranzistora T2 i on se otvara. To zauzvrat uzrokuje uključivanje tranzistora T3 i isključivanje tranzistora T4. Kapacitivnost vrata priključene sklopke polja ponovno se puni preko otvorenog tranzistora T3. (Bazna struja tranzistora T3 teče stazom Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3).

To je u biti cijeli opis, ali neke točke vjerojatno zahtijevaju dodatna objašnjenja.

Prvo, što su tranzistor T2 i dioda D1 u prvom stupnju? Ovdje je sve vrlo jednostavno. Nisam uzalud gore napisao staze za protok baznih struja izlaznih tranzistora različite države sheme. Pogledajte ih ponovno i zamislite što bi se dogodilo da nema tranzistora T2 sa kabelskim snopom. U ovom slučaju, tranzistor T4 bi bio otključan velikom strujom (što znači baznom strujom tranzistora) koja teče iz Out izlaza kroz otvorene T1 i R2, a tranzistor T3 bi bio otključan malom strujom koja teče kroz otpornik R3. To bi rezultiralo vrlo dugim prednjim rubom izlaznih impulsa.

Pa, i drugo, mnogi će vjerojatno biti zainteresirani zašto su potrebni otpornici R2 i R4. Utaknuo sam ih kako bih barem malo ograničio vršnu struju kroz baze izlaznih tranzistora, kao i da konačno izjednačim prednje i zadnje rubove impulsa.

Sastavljeni uređaj izgleda ovako:

Izgled drajvera je napravljen za SMD komponente, i to na način da se lako može spojiti na glavnu ploču uređaja (u okomiti položaj). Odnosno, na glavnu ploču možemo imati ugrađen polumost ili nešto drugo, a preostaje samo da ga okomito utaknemo u ovu ploču. na pravim mjestima vozačke ploče.

Ožičenje ima neke osobitosti. Da bismo radikalno smanjili veličinu ploče, morali smo "malo netočno" usmjeriti tranzistor T4. Prije lemljenja na ploču, morate ga okrenuti licem prema dolje (označeno) i saviti noge poleđina(na ploču).

Kao što vidite, trajanje frontova je praktički neovisno o razini napona napajanja i iznosi nešto više od 100 ns. Po mom mišljenju, prilično dobro za takav budžetski dizajn.