Drivers voor het aansturen van krachtige veldeffecttransistors. FET-stuurprogramma's

Misschien hoeft u na het lezen van dit artikel geen radiatoren van dezelfde grootte op transistors te installeren.
Vertaling van dit artikel.

Een kort bericht van de vertaler:

Ten eerste kan er in deze vertaling sprake zijn van ernstige problemen met de vertaling van termen heb ik niet genoeg elektrotechniek en circuitontwerp gestudeerd, maar ik weet nog steeds iets; Ook heb ik geprobeerd alles zo duidelijk mogelijk te vertalen, dus ik heb geen gebruik gemaakt van concepten als bootstrap, MOSFET, etc. Ten tweede, als spelling nu moeilijk is om een fout te maken (lof tekstverwerkers fouten aangeeft), dan is het vrij gemakkelijk om een fout in de interpunctie te maken.
En wat deze twee punten betreft, vraag ik u mij zo hard mogelijk in de commentaren te schoppen.

Laten we nu meer praten over het onderwerp van het artikel - met alle verschillende artikelen over de constructie van verschillende voertuigen grondaanzicht (auto's) op MK, op Arduino, op<вставить название>, wordt het ontwerp van het circuit zelf, laat staan het motoraansluitcircuit, niet voldoende gedetailleerd beschreven. Meestal ziet het er zo uit:
- neem de motor
- neem de componenten
- sluit de componenten en de motor aan
- …
- WINST!1!

Maar om meer te bouwen complexe circuits In plaats van simpelweg een PWM-motor via L239x in één richting te draaien, is meestal kennis vereist over volledige bruggen (of H-bruggen), veldeffecttransistors (of MOSFET's) en, nou ja, stuurprogramma's daarvoor. Als niets dit beperkt, kun je voor een volledige brug p-kanaal- en n-kanaal-transistors gebruiken, maar als de motor krachtig genoeg is, zullen de p-kanaal-transistors eerst moeten worden gewogen een groot aantal radiatoren, voeg dan koelers toe, maar als het zonde is om ze weg te gooien, dan kun je andere soorten koeling proberen, of gewoon alleen n-kanaaltransistors in het circuit gebruiken. Maar er is een klein probleem met n-kanaaltransistors: het kan soms behoorlijk moeilijk zijn om ze “op een minnelijke manier” te openen.

Daarom zocht ik iets dat mij kon helpen bij het compileren juiste schema, en ik vond een artikel op de blog van een jonge man genaamd Syed Tahmid Mahbub. Ik besloot dit artikel te delen.

In veel situaties moeten we FET's gebruiken als schakelaars op hoog niveau. Ook moeten we in veel situaties veldeffecttransistors gebruiken als schakelaars voor zowel het bovenste als het lagere niveau. Bijvoorbeeld in brugcircuits. In gedeeltelijke brugcircuits hebben we 1 MOSFET op hoog niveau en 1 MOSFET op laag niveau. In volledige brugcircuits hebben we 2 MOSFET's op hoog niveau en 2 MOSFET's op laag niveau. In dergelijke situaties zullen we zowel drivers van hoog als laag niveau samen moeten gebruiken. De meest gebruikelijke manier om veldeffecttransistors in dergelijke gevallen te besturen, is door een steeds lagere schakeldriver te gebruiken. hogere niveaus voor MOSFET. De meest populaire driverchip is ongetwijfeld de IR2110. En in dit artikel/leerboek zal ik precies daarover praten.

U kunt documentatie voor de IR2110 downloaden van de IR-website. Hier is de downloadlink: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Laten we eerst eens kijken naar het blokdiagram, evenals de beschrijving en locatie van de pinnen:

Figuur 1 - Functioneel blokschema van IR2110

Figuur 2 - Pin-out IR2110

Figuur 3 - Beschrijving van IR2110-pinnen

Het is ook vermeldenswaard dat de IR2110 in twee pakketten wordt geleverd: een 14-pins PDIP-pinout en een 16-pins SOIC-opbouwmontage.

Laten we het nu over verschillende contacten hebben.

VCC is de laagspanningsvoeding, deze moet tussen 10V en 20V liggen. VDD is de logische voeding voor de IR2110, deze moet tussen +3V en +20V liggen (ten opzichte van VSS). De werkelijke spanning die u kiest, hangt af van het spanningsniveau van de ingangssignalen. Hier is de grafiek:

Figuur 4 - Afhankelijkheid van logica 1 van stroom

Meestal wordt een VDD van +5V gebruikt. Wanneer VDD = +5V is de ingangsdrempel van logica 1 iets hoger dan 3V. Wanneer VDD = +5V kan IR2110 dus worden gebruikt om de belasting te regelen wanneer ingang "1" hoger is dan 3 (sommige) volt. Dit betekent dat de IR2110 voor bijna alle circuits kan worden gebruikt, aangezien de meeste circuits doorgaans rond de 5V worden gevoed. Wanneer u microcontrollers gebruikt, uitgangsspanning zal hoger zijn dan 4V (de microcontroller heeft immers vaak VDD = +5V). Wanneer u een SG3525 of TL494 of andere PWM-controller gebruikt, zult u deze waarschijnlijk moeten voeden met een spanning groter dan 10V, wat betekent dat de uitgangen groter zullen zijn dan 8V bij logische één. Zo kan de IR2110 vrijwel overal worden gebruikt.

U kunt de VDD ook verlagen tot ongeveer +4V als u een microcontroller of een chip gebruikt die 3,3V levert (bijvoorbeeld dsPIC33). Bij het ontwerpen van circuits met de IR2110 merkte ik dat het circuit soms niet goed werkte als de VDD van de IR2110 op minder dan +4V stond. Daarom raad ik af om VDD onder +4V te gebruiken. In de meeste van mijn circuits hebben de signaalniveaus geen spanning van minder dan 4V als "1" en daarom gebruik ik VDD = +5V.

Als om wat voor reden dan ook in het circuit het niveau van het logische “1”-signaal een spanning heeft van minder dan 3V, dan moet u een niveau-omzetter/niveau-vertaler gebruiken, deze zal de spanning verhogen tot aanvaardbare limieten. In dergelijke situaties raad ik aan om de spanning te verhogen naar 4V of 5V en de IR2110 VDD = +5V te gebruiken.

Laten we het nu hebben over VSS en COM. VSS is het land voor logica. COM is "low level return" - in feite het lage niveau van de bestuurder. Het lijkt misschien alsof ze onafhankelijk zijn, en je zou kunnen denken dat het misschien mogelijk zou zijn om de driveruitgangen en de driversignaallogica te isoleren. Dit zou echter verkeerd zijn. Hoewel ze niet intern zijn gekoppeld, is de IR2110 een niet-geïsoleerde driver, wat betekent dat VSS en COM beide op aarde moeten worden aangesloten.

HIN en LIN zijn logische ingangen. Hoog signaal op HIN betekent dat we de hoge sleutel willen besturen, dat wil zeggen dat op HO de uitvoer op hoog niveau wordt uitgevoerd. Laag signaal naar HIN betekent dat we de MOSFET op hoog niveau willen uitschakelen, dat wil zeggen dat HO de uitvoer op laag niveau is. De uitvoer naar HO, hoog of laag, wordt niet beschouwd ten opzichte van aarde, maar ten opzichte van VS. We zullen binnenkort zien hoe de versterkercircuits (diode + condensator) die VCC, VB en VS gebruiken, zwevend vermogen leveren om de MOSFET aan te drijven. VS is een zwevend vermogensrendement. Op hoog niveau is het niveau op HO gelijk aan het niveau op VB, relatief ten opzichte van VS. Op een laag niveau is het niveau bij HO gelijk aan VS, relatief aan VS, feitelijk nul.

Een hoog LIN-signaal betekent dat we de laagschakelaar willen besturen, dat wil zeggen dat de uitvoer op hoog niveau wordt uitgevoerd op LO. Een laag LIN-signaal betekent dat we de MOSFET op laag niveau willen uitschakelen, dat wil zeggen dat LO de uitvoer op laag niveau is. De uitvoer in LO wordt beschouwd als relatief ten opzichte van aarde. Wanneer het signaal hoog is, is het niveau bij LO hetzelfde als bij VCC, ten opzichte van VSS, effectief geaard. Wanneer het signaal laag is, is het niveau in LO hetzelfde als in VSS, relatief ten opzichte van VSS, feitelijk nul.

SD wordt gebruikt als stopcontrole. Wanneer het niveau laag is, is IR2110 ingeschakeld - de stopfunctie is uitgeschakeld. Wanneer deze pin hoog is, worden de uitgangen uitgeschakeld, waardoor de besturing van de IR2110 wordt uitgeschakeld.
Laten we nu eens kijken naar een algemene configuratie met de IR2110 om MOSFET's aan te sturen als hoge en lage schakelaars - halfbrugcircuits.

Figuur 5 - Basiscircuit op IR2110 voor halfbrugbesturing

D1, C1 en C2 vormen samen met IR2110 het versterkercircuit. Wanneer LIN = 1 en Q2 is ingeschakeld, worden C1 en C2 opgeladen tot VB-niveau, aangezien één diode zich onder +VCC bevindt. Wanneer LIN = 0 en HIN = 1, wordt de lading op C1 en C2 gebruikt om extra spanning toe te voegen, VB in dit geval, boven het Q1-bronniveau om Q1 te besturen in een configuratie met bovenste schakelaar. Bij C1 moet een voldoende grote capaciteit worden gekozen, zodat deze voldoende kan voorzien vereiste lading voor Q1, zodat Q1 al die tijd ingeschakeld is. C1 mag ook niet te veel capaciteit hebben, aangezien het laadproces lang zal duren en het spanningsniveau niet voldoende zal stijgen om de MOSFET ingeschakeld te houden. Hoe langere tijd nodig is bij het inschakelen, hoe groter het benodigde vermogen. Een lagere frequentie vereist dus een grotere capaciteit C1. Een hogere vulfactor vereist een grotere capaciteit C1. Natuurlijk zijn er formules voor het berekenen van de capaciteit, maar hiervoor moet je veel parameters kennen, en sommige daarvan kennen we misschien niet, bijvoorbeeld de lekstroom van een condensator. Dus ik heb zojuist de geschatte capaciteit geschat. Voor lage frequenties zoals 50Hz gebruik ik een capaciteit van 47uF tot 68uF. Voor hoge frequenties zoals 30-50 kHz gebruik ik capaciteiten variërend van 4,7uF tot 22uF. Sinds wij gebruiken elektrolytische condensator, dan moet parallel aan deze condensator een keramische condensator worden gebruikt. Een keramische condensator is niet nodig als de boostcondensator tantaal is.

D2 en D3 ontladen de poort van de MOSFET's snel, waarbij de poortweerstanden worden omzeild en de uitschakeltijd wordt verkort. R1 en R2 zijn stroombegrenzende poortweerstanden.

MOSV kan maximaal 500V zijn.

VCC moet zonder interferentie van de bron komen. Voor filtering moet u filter- en ontkoppelingscondensatoren van +VCC naar aarde installeren.

Laten we nu eens kijken naar enkele voorbeeldcircuits met IR2110.

Figuur 6 - Circuit met IR2110 voor halve hoogspanningsbrug

Figuur 7 - Circuit met IR2110 voor volledige hoogspanningsbrug met onafhankelijk gecontroleerd toetsen (klikbaar)

In Figuur 7 zien we dat de IR2110 wordt gebruikt om een volledige brug te besturen. Er is niets ingewikkelds aan en ik denk dat je dit al begrijpt. Je kunt hier ook een redelijk populaire vereenvoudiging toepassen: we verbinden HIN1 met LIN2, en we verbinden HIN2 met LIN1, dus we krijgen controle over alle 4 de sleutels met slechts 2 ingangssignalen, in plaats van 4, wordt dit weergegeven in Figuur 8.

Figuur 8 - Schema met IR2110 voor een volledige hoogspanningsbrug met sleutelbediening met twee ingangen (klikbaar)

Figuur 9 - Circuit met IR2110 als hoogspanningsdriver op het hoogste niveau

In Figuur 9 zien we de IR2110 gebruikt als driver op hoog niveau. De schakeling is vrij eenvoudig en heeft dezelfde functionaliteit als hierboven beschreven. Eén ding waarmee rekening moet worden gehouden, is dat aangezien we niet langer een laagniveauschakelaar hebben, er een belasting moet zijn aangesloten van UIT naar aarde. Anders kan de condensator van de versterker niet worden opgeladen.

Figuur 10 - Circuit met IR2110 als low-level driver

Figuur 11 - Circuit met IR2110 als dubbele low-level driver

Als je problemen hebt met je IR2110 en alles blijft falen, branden of exploderen, dan ben ik er vrij zeker van dat dit komt doordat je geen gate-source-weerstanden gebruikt, ervan uitgaande dat je het zorgvuldig hebt ontworpen, natuurlijk. VERGEET NOOIT GATE-BRONWEERSTANDEN. Als je geïnteresseerd bent, kun je hier mijn ervaring ermee lezen (ik leg ook uit waarom weerstanden schade voorkomen).

Misschien hoeft u na het lezen van dit artikel geen radiatoren van dezelfde grootte op transistors te installeren.
Vertaling van dit artikel.

Een kort bericht van de vertaler:

Ten eerste kunnen er bij deze vertaling ernstige problemen optreden met de vertaling van termen, ik heb niet genoeg elektrotechniek en circuitontwerp gestudeerd, maar ik weet nog steeds iets; Ook heb ik geprobeerd alles zo duidelijk mogelijk te vertalen, dus ik heb geen gebruik gemaakt van concepten als bootstrap, MOSFET, etc. Ten tweede: als het nu moeilijk is om een spelfout te maken (alle lof aan de tekstverwerkers voor het aangeven van fouten), dan is het heel gemakkelijk om een fout in de interpunctie te maken.
En wat deze twee punten betreft, vraag ik u mij zo hard mogelijk in de commentaren te schoppen.

Laten we nu meer praten over het onderwerp van het artikel - met alle verschillende artikelen over het bouwen van verschillende grondvoertuigen (auto's) op MK, op Arduino, op<вставить название>, wordt het ontwerp van het circuit zelf, laat staan het motoraansluitcircuit, niet voldoende gedetailleerd beschreven. Meestal ziet het er zo uit:
- neem de motor
- neem de componenten
- sluit de componenten en de motor aan
- …
- WINST!1!

Maar om complexere circuits te bouwen dan simpelweg een PWM-motor in één richting te draaien via L239x, heb je meestal kennis nodig over volledige bruggen (of H-bruggen), over veldeffecttransistors (of MOSFET's) en over stuurprogramma's daarvoor. Als er geen beperkingen zijn, kun je voor een volledige brug p-kanaal- en n-kanaal-transistors gebruiken, maar als de motor krachtig genoeg is, moeten de p-kanaal-transistors eerst met een groot aantal radiatoren worden opgehangen, dan worden er koelers toegevoegd, maar als het zonde is om ze helemaal weg te gooien, dan kun je andere soorten koeling proberen, of gewoon alleen n-kanaaltransistors in het circuit gebruiken. Maar er is een klein probleem met n-kanaaltransistors: het kan soms behoorlijk moeilijk zijn om ze “op een minnelijke manier” te openen.

Dus ik was op zoek naar iets dat me kon helpen met het maken van een goed diagram en ik vond een artikel op de blog van een jonge man genaamd Syed Tahmid Mahbub. Ik besloot dit artikel te delen.

In veel situaties moeten we FET's gebruiken als schakelaars op hoog niveau. Ook moeten we in veel situaties veldeffecttransistors gebruiken als schakelaars voor zowel het bovenste als het lagere niveau. Bijvoorbeeld in brugcircuits. In gedeeltelijke brugcircuits hebben we 1 MOSFET op hoog niveau en 1 MOSFET op laag niveau. In volledige brugcircuits hebben we 2 MOSFET's op hoog niveau en 2 MOSFET's op laag niveau. In dergelijke situaties zullen we zowel drivers van hoog als laag niveau samen moeten gebruiken. De meest gebruikelijke manier om veldeffecttransistoren in dergelijke gevallen te besturen, is door een laag- en hoogniveau-schakeldriver voor MOSFET's te gebruiken. De meest populaire driverchip is ongetwijfeld de IR2110. En in dit artikel/leerboek zal ik precies daarover praten.

U kunt documentatie voor de IR2110 downloaden van de IR-website. Hier is de downloadlink: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Laten we eerst eens kijken naar het blokdiagram, evenals de beschrijving en locatie van de pinnen:

Figuur 1 - Functioneel blokschema van IR2110

Figuur 2 - Pin-out IR2110

Figuur 3 - Beschrijving van IR2110-pinnen

Het is ook vermeldenswaard dat de IR2110 in twee pakketten wordt geleverd: een 14-pins PDIP-pinout en een 16-pins SOIC-opbouwmontage.

Laten we het nu over verschillende contacten hebben.

Figuur 4 - Afhankelijkheid van logica 1 van stroom

Meestal wordt een VDD van +5V gebruikt. Wanneer VDD = +5V is de ingangsdrempel van logica 1 iets hoger dan 3V. Wanneer VDD = +5V kan IR2110 dus worden gebruikt om de belasting te regelen wanneer ingang "1" hoger is dan 3 (sommige) volt. Dit betekent dat de IR2110 voor bijna alle circuits kan worden gebruikt, aangezien de meeste circuits doorgaans rond de 5V worden gevoed. Wanneer je microcontrollers gebruikt, zal de uitgangsspanning hoger zijn dan 4V (de microcontroller heeft immers vaak VDD = +5V). Wanneer u een SG3525 of TL494 of andere PWM-controller gebruikt, zult u deze waarschijnlijk moeten voeden met een spanning groter dan 10V, wat betekent dat de uitgangen groter zullen zijn dan 8V bij logische één. Zo kan de IR2110 vrijwel overal worden gebruikt.

HIN en LIN zijn logische ingangen. Een hoog signaal op HIN betekent dat we de hoge sleutel willen besturen, dat wil zeggen dat uitvoer op hoog niveau wordt uitgevoerd op HO. Een laag signaal op HIN betekent dat we de MOSFET op hoog niveau willen uitschakelen, dat wil zeggen dat de uitvoer op laag niveau wordt uitgevoerd op HO. De uitvoer naar HO, hoog of laag, wordt niet beschouwd ten opzichte van aarde, maar ten opzichte van VS. We zullen binnenkort zien hoe de versterkercircuits (diode + condensator) die VCC, VB en VS gebruiken, zwevend vermogen leveren om de MOSFET aan te drijven. VS is een zwevend vermogensrendement. Op hoog niveau is het niveau op HO gelijk aan het niveau op VB, relatief ten opzichte van VS. Op een laag niveau is het niveau bij HO gelijk aan VS, relatief aan VS, feitelijk nul.

Figuur 5 - Basiscircuit op IR2110 voor halfbrugbesturing

D1, C1 en C2 vormen samen met IR2110 het versterkercircuit. Wanneer LIN = 1 en Q2 is ingeschakeld, worden C1 en C2 opgeladen tot VB-niveau, aangezien één diode zich onder +VCC bevindt. Wanneer LIN = 0 en HIN = 1, wordt de lading op C1 en C2 gebruikt om extra spanning toe te voegen, VB in dit geval, boven het Q1-bronniveau om Q1 in een hoge schakelconfiguratie aan te sturen. Er moet een voldoende grote capaciteit bij C1 worden gekozen, zodat deze voldoende is om Q1 van de noodzakelijke lading te voorzien, zodat Q1 de hele tijd ingeschakeld is. C1 mag ook niet te veel capaciteit hebben, aangezien het laadproces lang zal duren en het spanningsniveau niet voldoende zal stijgen om de MOSFET ingeschakeld te houden. Hoe langer de tijd die nodig is in de ingeschakelde toestand, hoe groter de vereiste capaciteit. Een lagere frequentie vereist dus een grotere capaciteit C1. Een hogere vulfactor vereist een grotere capaciteit C1. Natuurlijk zijn er formules voor het berekenen van de capaciteit, maar hiervoor moet je veel parameters kennen, en sommige daarvan kennen we misschien niet, bijvoorbeeld de lekstroom van een condensator. Dus ik heb zojuist de geschatte capaciteit geschat. Voor lage frequenties zoals 50Hz gebruik ik een capaciteit van 47uF tot 68uF. Voor hoge frequenties zoals 30-50 kHz gebruik ik capaciteiten variërend van 4,7uF tot 22uF. Omdat we een elektrolytische condensator gebruiken, moet parallel aan deze condensator een keramische condensator worden gebruikt. Een keramische condensator is niet nodig als de boostcondensator tantaal is.

D2 en D3 ontladen de poort van de MOSFET's snel, waarbij de poortweerstanden worden omzeild en de uitschakeltijd wordt verkort. R1 en R2 zijn stroombegrenzende poortweerstanden.

MOSV kan maximaal 500V zijn.

VCC moet zonder interferentie van de bron komen. Voor filtering moet u filter- en ontkoppelingscondensatoren van +VCC naar aarde installeren.

Laten we nu eens kijken naar enkele voorbeeldcircuits met IR2110.

Figuur 6 - Circuit met IR2110 voor halve hoogspanningsbrug

Figuur 7 - Circuit met IR2110 voor een volledige hoogspanningsbrug met onafhankelijke sleutelbediening (klikbaar)

In Figuur 7 zien we dat de IR2110 wordt gebruikt om een volledige brug te besturen. Er is niets ingewikkelds aan en ik denk dat je dit al begrijpt. Je kunt hier ook een vrij populaire vereenvoudiging toepassen: we verbinden HIN1 met LIN2, en we verbinden HIN2 met LIN1, dus we krijgen controle over alle 4 de toetsen met slechts 2 ingangssignalen, in plaats van 4, dit wordt weergegeven in Figuur 8.

Figuur 8 - Schema met IR2110 voor een volledige hoogspanningsbrug met sleutelbediening met twee ingangen (klikbaar)

Figuur 9 - Circuit met IR2110 als hoogspanningsdriver op het hoogste niveau

Figuur 10 - Circuit met IR2110 als low-level driver

Figuur 11 - Circuit met IR2110 als dubbele low-level driver

Chauffeurs veldeffecttransistors

MOSFET- en IGBT-transistordrivers - apparaten voor het besturen van krachtige halfgeleider apparaten in de eindtrappen van converters elektrische energie. Ze worden gebruikt als tussenschakel tussen het stuurcircuit (controller of digitaal). signaal processor) en krachtige uitvoerende elementen.

De ontwikkelingsstadia van energie(vermogens)elektronica worden bepaald door de vooruitgang in de technologieën van stroomschakelaars en hun besturingscircuits. De dominante richting in de vermogenselektronica is het verhogen van de werkfrequenties van converters die deel uitmaken van schakelende voedingen. Elektriciteit omzetten in meer hoge frequenties maakt het mogelijk om specifieke gewichts- en maatkenmerken te verbeteren pulstransformatoren, condensatoren en filtersmoorspoelen. De dynamische en statische parameters van stroomapparaten worden voortdurend verbeterd, maar krachtige schakelaars moeten ook effectief worden aangestuurd. Krachtige hogesnelheidsdrivers van MOSFET- en IGBT-transistoren zijn ontworpen voor een evenwichtige interactie tussen het stuurcircuit en de eindtrappen. De drivers hebben hoge uitgangsstromen (tot 9 A), korte stijgtijden, daaltijden, vertragingen en andere interessante onderscheidende kenmerken. De chauffeursclassificatie wordt weergegeven in figuur 2.15.

Figuur 2.15 - Classificatie van chauffeurs

De chauffeur moet dat hebben gedaan ten minste, een externe uitgang(V push-pull-circuits twee), wat verplicht is. Het kan dienen als voorpulsversterker of direct sleutelelement als onderdeel van puls bron voeding.

Als een gecontroleerd apparaat in stroomcircuits voor verschillende doeleinden Er kunnen bipolaire transistors, MOS-transistors en trigger-type apparaten (thyristors, triacs) worden gebruikt. Eisen aan het optreden van de bestuurder optimale controle in elk van deze gevallen zijn verschillend. Bestuurder bipolaire transistor moet de basisstroom regelen wanneer deze wordt ingeschakeld en zorgen voor de resorptie van minderheidsdragers in de basis tijdens de uitschakelfase. Maximale waarden De stuurstromen verschillen weinig van de gemiddelden over het overeenkomstige interval. De MOS-transistor is spanningsgestuurd, maar aan het begin van de aan- en uit-intervallen moet de driver groot passeren impulsstromen capaciteiten van apparaten opladen en ontladen. Apparaten van het trigger-type vereisen de vorming van een korte stroompuls alleen aan het begin van het schakelinterval, omdat het uitschakelen (schakelen) voor de meest voorkomende apparaten plaatsvindt langs de hoofdelektroden en niet langs de stuurelektroden. Aan al deze vereisten moet tot op zekere hoogte worden voldaan door de overeenkomstige chauffeurs.

Figuren 2.16…2.18 tonen standaard schema's het inschakelen van bipolaire en veldeffect MOSFET-transistoren met behulp van één transistor in de driver. Dit zijn zogenaamde circuits met passieve uitschakeling van de vermogenstransistor. Zoals uit de figuur blijkt, is de structuur van de stuurcircuits volledig identiek, wat het mogelijk maakt dezelfde circuits te gebruiken om transistors van beide typen te besturen. In dit geval vindt de resorptie van dragers die zich in de structuur van de transistor hebben verzameld plaats via een passief element - een externe weerstand. De weerstand ervan, die de besturingsovergang niet alleen overbrugt wanneer deze is uitgeschakeld, maar ook tijdens het inschakelinterval, kan niet te klein worden gekozen, wat de snelheid van de ladingsresorptie beperkt.

Om de snelheid van de transistor te verhogen en hoogfrequente schakelaars te creëren, is het noodzakelijk om de weerstand van het ladingresetcircuit te verminderen. Dit gebeurt met behulp van een reset-transistor, die alleen tijdens het pauze-interval wordt ingeschakeld. De overeenkomstige stuurcircuits voor bipolaire en MOS-transistors worden weergegeven in figuur 2.17.

Momenteel worden MOSFET- en IGBT-transistoren voornamelijk gebruikt als vermogensschakelaars met hoog en middelhoog vermogen. Als we deze transistors beschouwen als een belasting voor hun stuurcircuit, dan zijn het condensatoren met een capaciteit van duizenden picofarads. Om de transistor te openen moet deze capaciteit worden opgeladen en bij het sluiten moet deze zo snel mogelijk worden ontladen. Dit moet niet alleen worden gedaan zodat uw transistor de tijd heeft om op hoge frequenties te werken. Hoe hoger de poortspanning van de transistor, hoe lager de kanaalweerstand voor MOSFET's of hoe lager de collector-emitter-verzadigingsspanning voor IGBT-transistoren. De drempelspanning voor het openen van transistors is gewoonlijk 2 à 4 volt, en het maximum waarbij de transistor volledig open is, is 10 à 15 volt. Daarom moet een spanning van 10-15 volt worden toegepast. Maar zelfs in dit geval wordt de poortcapaciteit niet onmiddellijk opgeladen en werkt de transistor enige tijd in het niet-lineaire deel van zijn karakteristiek met een hoge kanaalweerstand, wat leidt tot een grote spanningsval over de transistor en zijn overmatige verwarming. Dit is de zogenaamde manifestatie van het Miller-effect.

Om ervoor te zorgen dat de poortcapaciteit snel wordt opgeladen en de transistor opent, is het noodzakelijk dat uw stuurcircuit zoveel mogelijk laadstroom aan de transistor kan leveren. De poortcapaciteit van de transistor kan worden afgeleid uit de paspoortgegevens van het product en bij het berekenen moet u Cvx = Ciss nemen.

Laten we bijvoorbeeld de MOSFET-transistor IRF740 nemen. Het heeft de volgende kenmerken die ons interesseren:

Openingstijd (stijgtijd - Tr) = 27 (ns)

Sluitingstijd (Fall Time - Tf) = 24 (ns)

Ingangscapaciteit - Ciss = 1400 (pF)

We berekenen de maximale openingsstroom van de transistor als:

We bepalen de maximale sluitstroom van de transistor volgens hetzelfde principe:

Omdat we meestal 12 volt gebruiken om het stuurcircuit van stroom te voorzien, zullen we de stroombegrenzende weerstand bepalen met behulp van de wet van Ohm.

Dat wil zeggen, weerstand Rg=20 Ohm, volgens de standaard E24-serie.

Houd er rekening mee dat het niet mogelijk is om zo'n transistor rechtstreeks vanaf de controller te besturen. Ik zal introduceren dat de maximale spanning die de controller kan leveren binnen 5 volt zal liggen, en maximale stroom binnen 50 mA. De controlleruitgang zal overbelast raken en de transistor zal het Miller-effect vertonen, en je circuit zal zeer snel falen, omdat iemand, de controller of de transistor, als eerste oververhit raakt.
Daarom is het noodzakelijk om de juiste bestuurder te kiezen.
De driver is een pulsversterker en is ontworpen om stroomschakelaars te besturen. Drivers kunnen afzonderlijk de bovenste en onderste toetsen zijn, of gecombineerd in één behuizing tot een bovenste en onderste sleuteldriver, bijvoorbeeld zoals IR2110 of IR2113.
Op basis van de hierboven gepresenteerde informatie moeten we een driver selecteren die in staat is de transistorpoortstroom Ig = 622 mA te handhaven.
De IR2011-driver is dus geschikt voor ons en kan een poortstroom Ig = 1000 mA ondersteunen.

Ook moet er rekening gehouden worden met de maximale belastingsspanning die de schakelaars zullen schakelen. In dit geval is dit gelijk aan 200 volt.
Vervolgens heel belangrijke parameter is de sluitsnelheid. Dit elimineert de stroom van doorgaande stromen in de push-pull-circuits zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, wat verliezen en oververhitting veroorzaakt.

Als je het begin van het artikel aandachtig leest, kun je uit de paspoortgegevens van de transistor zien dat de sluitingstijd korter moet zijn dan de openingstijd en dienovereenkomstig moet de uitschakelstroom hoger zijn dan de openingsstroom. Als> Ir. Het is mogelijk om een grotere sluitstroom te leveren door de weerstand Rg te verkleinen, maar dan zal de openingsstroom ook toenemen. Dit heeft invloed op de grootte van de schakelspanningsstoot bij het uitschakelen, afhankelijk van de snelheid van het stroomverval di/dt. Vanuit dit oogpunt is het grotendeels verhogen van de schakelsnelheid negatieve factor, waardoor de betrouwbaarheid van het apparaat afneemt.

In dit geval zullen we profiteren van de opmerkelijke eigenschap van halfgeleiders om stroom in één richting door te laten, en een diode in het poortcircuit installeren die de uitschakelstroom van de transistor If zal doorlaten.

De poortstroom Ir zal dus door weerstand R1 vloeien, en de poortstroom If zal door diode VD1 vloeien, en aangezien de weerstand van de p-n-overgang van de diode veel kleiner is dan de weerstand van weerstand R1, dan If>Ir . Om ervoor te zorgen dat de uitschakelstroom zijn waarde niet overschrijdt, verbinden we een weerstand in serie met de diode, waarvan de weerstand wordt bepaald door de weerstand van de diode in open toestand te verwaarlozen.

Laten we de dichtstbijzijnde kleinere nemen uit de standaardserie E24 R2=16 Ohm.

Laten we nu eens kijken naar wat de naam van de bovenste sleuteldriver en de onderste sleuteldriver betekenen.
Het is bekend dat MOSFET- en IGBT-transistors worden bestuurd door spanning, namelijk de gate-source-spanning (Gate-Source) Ugs.
Wat zijn de bovenste en onderste toetsen? De onderstaande figuur toont een diagram van een halve brug. Dit schema bevat respectievelijk de bovenste en onderste toetsen, VT1 en VT2. De bovenste schakelaar VT1 is door de drain verbonden met de positieve voeding Vcc, en door de source met de belasting en moet worden geopend door een spanning die wordt aangelegd ten opzichte van de source. De onderste sleutel, de drain, is verbonden met de belasting, en de bron is verbonden met de negatieve voeding (aarde), en moet worden geopend door spanning die wordt aangelegd ten opzichte van de aarde.

En als alles heel duidelijk is met de onderste sleutel, zet er dan 12 volt op - hij gaat open, pas er 0 volt op toe - hij sluit, dan heb je voor de bovenste sleutel een speciaal circuit nodig dat hem opent ten opzichte van de spanning aan de bron van de transistor. Dit schema is al in de driver geïmplementeerd. Het enige wat we nodig hebben is het toevoegen van boostcapaciteit C2 aan de driver, die wordt opgeladen door de voedingsspanning van de driver, maar relatief ten opzichte van de bron van de transistor, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Met deze spanning wordt de bovenste sleutel ontgrendeld.

Dit circuit is redelijk werkbaar, maar door het gebruik van een boostercapaciteit kan het binnen een smal bereik werken. Deze capaciteit wordt opgeladen bij opening onderste transistor en kan niet te groot zijn als het circuit op hoge frequenties moet werken, en ook niet te klein zijn als het werkt lage frequenties. Dat wil zeggen dat we met dit ontwerp de bovenste schakelaar niet voor onbepaalde tijd open kunnen houden; deze zal onmiddellijk sluiten nadat condensator C2 is ontladen, maar als we een grotere capaciteit gebruiken, heeft deze mogelijk geen tijd om op te laden tijdens de volgende bedrijfsperiode van de transistor. .
We zijn dit probleem meer dan eens tegengekomen en hebben heel vaak moeten experimenteren met het selecteren van een boostercapaciteit bij het veranderen van de schakelfrequentie of het bedrijfsalgoritme van het circuit. Het probleem werd in de loop van de tijd en heel eenvoudig opgelost, op de meest betrouwbare en “bijna” goedkope manier. Tijdens het bestuderen van de technische referentie voor de DMC1500 raakten we geïnteresseerd in het doel van de P8-connector.

Nadat ik de handleiding zorgvuldig had gelezen en het circuit van de hele schijf grondig had begrepen, bleek dat dit een connector is voor het aansluiten van een afzonderlijke, galvanisch geïsoleerde voeding. We verbinden de min van de voeding met de bron van de bovenste schakelaar, en de plus met de ingang van de Vb-driver en de positieve kant van de boostercapaciteit. De condensator wordt dus constant opgeladen, waardoor het mogelijk is om de bovenste toets zo lang als nodig open te houden, ongeacht de staat van de onderste toets. Met deze toevoeging aan het schema kunt u elk sleutelschakelalgoritme implementeren.
Het kan worden gebruikt als stroombron voor het opladen van de boostertank gewone transformator met een gelijkrichter en filter, en een DC-DC-omzetter.

Krachtige MOSFET-veldeffecttransistors zijn goed voor iedereen, op één kleine nuance na: het is vaak onmogelijk om ze rechtstreeks op de pinnen van de microcontroller aan te sluiten.

Dit komt in de eerste plaats door het feit dat toegestane stromen voor microcontroller-pinnen overschrijden zelden 20 mA, en voor zeer snel schakelen MOSFET's (met goede fronten) vereisen, wanneer je de poort (die altijd enige capaciteit heeft) zeer snel moet opladen of ontladen, stromen die een orde van grootte groter zijn.

En ten tweede is de voeding van de controller gewoonlijk 3 of 5 volt, wat in principe alleen directe controle mogelijk maakt door een kleine groep veldwerkers (die logisch niveau worden genoemd – met logisch niveau beheer). En gezien het feit dat de voeding van de controller en de voeding naar de rest van het circuit doorgaans een gemeenschappelijke negatieve draad hebben, wordt deze klasse uitsluitend beperkt tot N-kanaal veldapparaten op logisch niveau.

Een van de oplossingen in deze situatie is het gebruik van speciale microcircuits - stuurprogramma's, die precies zijn ontworpen om grote stromen door de veldpoorten te trekken. Deze optie is echter niet zonder nadelen. Ten eerste zijn chauffeurs niet altijd verkrijgbaar in de winkels, en ten tweede zijn ze behoorlijk duur.

In dit opzicht ontstond het idee om een eenvoudige, goedkope, losse driver te maken die gebruikt kon worden om zowel N-kanaal als P-kanaal veldapparatuur in elke omgeving te besturen. laagspanningscircuits, laten we zeggen volt tot 20. Gelukkig heb ik, net als een echte radiojunkie, veel allerlei soorten elektronische rommel, dus na een reeks experimenten werd dit schema geboren:

R 1 = 2,2 kOhm, R 2 = 100 Ohm, R 3 = 1,5 kOhm, R 4 = 47 Ohm
D 1 - diode 1N4148 (glazen vat)
T 1, T 2, T 3 - transistors KST2222A (SOT-23, markering 1P)
T 4 - transistor BC807 (SOT-23, markering 5C)

De capaciteit tussen Vcc en Out symboliseert de aansluiting van een P-kanaal veldschakelaar, de capaciteit tussen Out en Gnd symboliseert de aansluiting van een N-kanaal veldschakelaar (de capaciteit van de poorten van deze veldschakelaars).

De stippellijn verdeelt het circuit in twee fasen (I en II). In dit geval werkt de eerste trap als eindversterker en de tweede trap als stroomversterker. De werking van de schakeling wordt hieronder in detail beschreven.

Dus. Als de In-ingang verschijnt hoog niveau signaal, dan opent transistor T1 en sluit transistor T2 (aangezien de potentiaal aan de basis onder de potentiaal aan de emitter daalt). Als resultaat sluit transistor T3 en opent transistor T4, waardoor de poortcapaciteit van de aangesloten veldschakelaar wordt opgeladen. (De basisstroom van transistor T4 vloeit langs het pad E T4 -> B T4 -> D1 -> T1 -> R2 -> Gnd).

Als de In-ingang verschijnt laag niveau signaal, dan gebeurt alles andersom - transistor T1 sluit, waardoor de potentiaal van de basis van transistor T2 toeneemt en deze opent. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat transistor T3 wordt ingeschakeld en transistor T4 wordt uitgeschakeld. De poortcapaciteit van de aangesloten veldschakelaar wordt opgeladen via de open transistor T3. (De basisstroom van transistor T3 vloeit langs het pad Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3).

Dat is eigenlijk de hele beschrijving, maar sommige punten vereisen waarschijnlijk aanvullende uitleg.

Ten eerste, wat zijn transistor T2 en diode D1 in de eerste fase? Alles is hier heel eenvoudig. Het is niet voor niets dat ik hierboven de paden schreef voor de stroomstroming in de basis van de uitgangstransistors voor verschillende staten schema's. Bekijk ze nog eens en stel je voor wat er zou gebeuren als er geen transistor T2 bij de kabelboom zou zijn. In dit geval zou transistor T4 worden ontgrendeld door een grote stroom (dat wil zeggen de basisstroom van de transistor) die van de Uit-uitgang door open T1 en R2 vloeit, en zou transistor T3 worden ontgrendeld door een kleine stroom die door weerstand R3 vloeit. Dit zou resulteren in een zeer lange voorflank van de uitgangspulsen.

Nou, en ten tweede zullen velen waarschijnlijk geïnteresseerd zijn in waarom weerstanden R2 en R4 nodig zijn. Ik heb ze aangesloten om de piekstroom door de bases van de uitgangstransistoren op zijn minst enigszins te beperken, en om uiteindelijk de voor- en achterflanken van de pulsen gelijk te maken.

Het geassembleerde apparaat ziet er als volgt uit:

De driverindeling is gemaakt voor SMD-componenten, en zo dat deze eenvoudig op het moederbord van het apparaat kan worden aangesloten (in verticale positie). Dat wil zeggen, op het moederbord kunnen we een halve brug of iets anders installeren, en het enige dat overblijft is om het verticaal op dit bord aan te sluiten op de juiste plaatsen bestuurdersborden.

De bedrading heeft enkele eigenaardigheden. Om de grootte van het bord radicaal te verkleinen, moesten we de T4-transistor “enigszins verkeerd” routeren. Voordat je het op het bord soldeert, moet je het met de voorkant naar beneden draaien (gemarkeerd) en de poten naar binnen buigen achterkant(naar het bestuur).

Zoals u kunt zien, is de duur van de fronten vrijwel onafhankelijk van het voedingsspanningsniveau en bedraagt deze iets meer dan 100 ns. Naar mijn mening best goed voor zo'n budgetontwerp.