Viendeshi vya kudhibiti transistors zenye nguvu za uga. Madereva wa FET

Labda baada ya kusoma kifungu hiki hautalazimika kufunga radiators za ukubwa sawa kwenye transistors.
Tafsiri ya makala hii.

Ujumbe mfupi kutoka kwa mfasiri:

Kwanza, katika tafsiri hii kunaweza kuwa matatizo makubwa kwa tafsiri ya maneno, sijasoma uhandisi wa umeme na muundo wa mzunguko wa kutosha, lakini bado najua kitu; Nilijaribu pia kutafsiri kila kitu kwa uwazi iwezekanavyo, kwa hivyo sikutumia dhana kama vile bootstrap, MOSFET, nk. Pili, ikiwa tahajia sasa ni ngumu kufanya makosa (sifa wasindikaji wa maneno kuonyesha makosa), basi ni rahisi sana kufanya makosa katika uakifishaji.
Na juu ya pointi hizi mbili, nakuomba unipige teke kwenye maoni kwa bidii iwezekanavyo.

Sasa hebu tuzungumze zaidi juu ya mada ya makala - na aina zote za makala juu ya ujenzi wa mbalimbali Gari mtazamo wa ardhini (magari) kwenye MK, kwenye Arduino, kwenye<вставить название>, muundo wa mzunguko yenyewe, kiasi kidogo cha mzunguko wa uunganisho wa magari, haujaelezewa kwa undani wa kutosha. Kawaida inaonekana kama hii:
- chukua injini
- kuchukua vipengele
- kuunganisha vipengele na injini
- …
- FAIDA!1!

Lakini kujenga zaidi nyaya tata Badala ya kugeuza tu motor ya PWM katika mwelekeo mmoja kupitia L239x, ujuzi kuhusu madaraja kamili (au H-madaraja), transistors za athari za shamba (au MOSFETs), na, vizuri, madereva kwao huhitajika. Ikiwa hakuna kitu kinachozuia, basi unaweza kutumia p-channel na transistors za n-channel kwa daraja kamili, lakini ikiwa injini ina nguvu ya kutosha, basi transistors za p-channel zitapaswa kupimwa kwanza. kiasi kikubwa radiators, kisha uongeze baridi, lakini ikiwa ni aibu kuwatupa, basi unaweza kujaribu aina nyingine za baridi, au utumie tu transistors za n-channel kwenye mzunguko. Lakini kuna shida ndogo na transistors za n-channel - wakati mwingine inaweza kuwa ngumu kuifungua "kwa njia ya kupendeza".

Kwa hivyo nilikuwa nikitafuta kitu cha kunisaidia katika kuandaa mpango sahihi, na nilipata makala kwenye blogu ya kijana anayeitwa Syed Tahmid Mahbub. Niliamua kushiriki makala hii.

Katika hali nyingi lazima tutumie FET kama swichi za kiwango cha juu. Pia katika hali nyingi lazima tutumie transistors zenye athari ya shambani kama swichi za viwango vya juu na vya chini. Kwa mfano, katika nyaya za daraja. Katika mizunguko ya daraja la sehemu tuna MOSFET 1 ya kiwango cha juu na MOSFET 1 ya kiwango cha chini. Katika mizunguko kamili ya daraja tuna MOSFET 2 za kiwango cha juu na MOSFET 2 za kiwango cha chini. Katika hali kama hizi, tutahitaji kutumia viendeshaji vya kiwango cha juu na cha chini pamoja. Njia ya kawaida ya kudhibiti transistors ya athari ya shamba katika hali kama hizi ni kutumia kiendeshi cha chini na cha chini. viwango vya juu kwa MOSFET. Bila shaka, chip maarufu zaidi cha dereva ni IR2110. Na katika makala/kitabu hiki nitazungumzia hilo hasa.

Unaweza kupakua nyaraka za IR2110 kutoka kwa tovuti ya IR. Hapa kuna kiunga cha kupakua: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Hebu tuangalie kwanza mchoro wa kuzuia, pamoja na maelezo na eneo la pini:

Kielelezo 1 - Mchoro wa kuzuia kazi wa IR2110

Kielelezo 2 - IR2110 pinout

Kielelezo 3 - Maelezo ya pini za IR2110

Inafaa pia kutaja kuwa IR2110 inakuja katika vifurushi viwili - pini 14 ya PDIP na mlima wa uso wa SOIC wa pini 16.

Sasa hebu tuzungumze kuhusu mawasiliano mbalimbali.

VCC ni kiwango cha chini cha usambazaji wa nguvu, inapaswa kuwa kati ya 10V na 20V. VDD ni ugavi wa mantiki kwa IR2110, inapaswa kuwa kati ya +3V na +20V (inayohusiana na VSS). Voltage halisi unayochagua kutumia inategemea kiwango cha voltage ya ishara za pembejeo. Hii hapa chati:

Kielelezo 4 - Utegemezi wa mantiki 1 juu ya nguvu

Kwa kawaida VDD ya +5V hutumiwa. Wakati VDD = +5V, kizingiti cha pembejeo cha mantiki 1 ni cha juu kidogo kuliko 3V. Kwa hivyo, wakati VDD = +5V, IR2110 inaweza kutumika kudhibiti mzigo wakati pembejeo "1" ni kubwa kuliko 3 (baadhi) volts. Hii inamaanisha kuwa IR2110 inaweza kutumika kwa karibu mizunguko yote, kwani mizunguko mingi huwa na nguvu karibu 5V. Unapotumia vidhibiti vidogo, voltage ya pato itakuwa kubwa kuliko 4V (baada ya yote, kidhibiti kidogo mara nyingi kina VDD = +5V). Unapotumia SG3525 au TL494 au kidhibiti kingine cha PWM, labda utalazimika kuzitia nguvu kwa voltage kubwa kuliko 10V, ambayo inamaanisha kuwa matokeo yatakuwa makubwa kuliko 8V kwa mantiki moja. Kwa hivyo, IR2110 inaweza kutumika karibu popote.

Unaweza pia kupunguza VDD hadi +4V ikiwa unatumia kidhibiti kidogo au chipu yoyote inayotoa 3.3V (km dsPIC33). Wakati wa kutengeneza nyaya na IR2110, niliona kwamba wakati mwingine mzunguko haukufanya kazi vizuri wakati VDD ya IR2110 iliwekwa chini ya +4V. Kwa hiyo, siipendekeza kutumia VDD chini ya +4V. Katika mizunguko yangu mingi viwango vya ishara hazina voltage chini ya 4V kama "1" na kwa hivyo mimi hutumia VDD = +5V.

Ikiwa kwa sababu fulani katika mzunguko kiwango cha ishara ya "1" ya mantiki ina voltage chini ya 3V, basi unahitaji kutumia kiwango cha kubadilisha fedha / kiwango cha translator, itainua voltage kwa mipaka inayokubalika. Katika hali kama hizi, ninapendekeza kuongezeka hadi 4V au 5V na kutumia IR2110 VDD = +5V.

Sasa hebu tuzungumze kuhusu VSS na COM. VSS ndio ardhi ya mantiki. COM ni "kurudi kwa kiwango cha chini" - kimsingi kiwango cha chini cha ardhi cha dereva. Inaweza kuonekana kama wanajitegemea, na mtu anaweza kufikiria kuwa labda itawezekana kutenga matokeo ya kiendeshi na mantiki ya ishara ya dereva. Walakini, hii itakuwa mbaya. Ingawa hazijaunganishwa ndani, IR2110 ni kiendeshi kisicho pekee, kumaanisha kuwa VSS na COM lazima zote ziunganishwe ardhini.

HIN na LIN ni pembejeo za kimantiki. Ishara ya juu kwenye HIN inamaanisha kuwa tunataka kudhibiti ufunguo wa juu, yaani, kwenye HO matokeo ya kiwango cha juu hufanywa. Ishara ya chini kwa HIN inamaanisha tunataka kuzima kiwango cha juu cha MOSFET, ambayo ni, HO ndio pato la kiwango cha chini. Pato la HO, la juu au la chini, halizingatiwi kuhusiana na ardhi, lakini linahusiana na VS. Hivi karibuni tutaona jinsi mizunguko ya amplifier (diode + capacitor) kwa kutumia VCC, VB na VS hutoa nguvu ya kuelea kuendesha MOSFET. VS ni kurudi kwa nguvu inayoelea. Katika kiwango cha juu, kiwango cha HO ni sawa na kiwango cha VB, kinachohusiana na VS. Katika kiwango cha chini, kiwango cha HO ni sawa na VS, kuhusiana na VS, kwa ufanisi sifuri.

Ishara ya juu ya LIN ina maana kwamba tunataka kudhibiti kubadili chini, yaani, pato la kiwango cha juu linafanywa kwa LO. Ishara ya chini ya LIN inamaanisha tunataka kuzima kiwango cha chini cha MOSFET, yaani, LO ni pato la kiwango cha chini. Pato katika LO linazingatiwa kuhusiana na ardhi. Wakati ishara iko juu, kiwango cha LO ni sawa na katika VCC, kuhusiana na VSS, chini kwa ufanisi. Wakati ishara iko chini, kiwango katika LO ni sawa na katika VSS, kuhusiana na VSS, kwa ufanisi sifuri.

SD inatumika kama udhibiti wa kuacha. Wakati kiwango ni cha chini, IR2110 imewashwa - kazi ya kuacha imezimwa. Wakati pini hii iko juu, matokeo yanazimwa, inalemaza udhibiti wa IR2110.
Sasa hebu tuangalie usanidi wa kawaida na IR2110 kuendesha MOSFET kama swichi za juu na za chini - mizunguko ya nusu ya daraja.

Kielelezo 5 - Mzunguko wa msingi kwenye IR2110 kwa udhibiti wa nusu ya daraja

D1, C1 na C2 pamoja na IR2110 huunda mzunguko wa amplifier. Wakati LIN = 1 na Q2 imewashwa, C1 na C2 zinashtakiwa kwa kiwango cha VB, kwani diode moja iko chini + VCC. Wakati LIN = 0 na HIN = 1, malipo kwenye C1 na C2 hutumiwa kuongeza voltage ya ziada, VB hadi kwa kesi hii, juu ya kiwango cha chanzo cha Q1 ili kudhibiti Q1 katika usanidi wa swichi ya juu. Uwezo mkubwa wa kutosha lazima uchaguliwe kwenye C1 ili iwe ya kutosha kutoa malipo yanayohitajika kwa Q1, ili Q1 iwashwe wakati huu wote. C1 pia haipaswi kuwa na uwezo mkubwa, kwa kuwa mchakato wa malipo utachukua muda mrefu na kiwango cha voltage haitaongezeka kutosha kuweka MOSFET. Vipi muda mrefu zaidi inahitajika unapowashwa, ndivyo uwezo unavyohitajika. Hivyo, mzunguko wa chini unahitaji capacitance kubwa C1. Kipengele cha juu cha kujaza kinahitaji uwezo mkubwa wa C1. Bila shaka, kuna kanuni za kuhesabu uwezo, lakini kwa hili unahitaji kujua vigezo vingi, na hatuwezi kujua baadhi yao, kwa mfano, sasa ya uvujaji wa capacitor. Kwa hivyo nilikadiria tu uwezo wa takriban. Kwa masafa ya chini kama vile 50Hz, mimi hutumia uwezo wa 47uF hadi 68uF. Kwa masafa ya juu kama vile 30-50kHz, mimi hutumia uwezo kuanzia 4.7uF hadi 22uF. Kwa kuwa tunatumia capacitor electrolytic, basi capacitor kauri inapaswa kutumika kwa sambamba na capacitor hii. Capacitor ya kauri sio lazima ikiwa capacitor ya kuongeza ni tantalum.

D2 na D3 huondoa lango la MOSFET haraka, kupitisha vipinga vya lango na kupunguza muda wa kuzima. R1 na R2 ni vizuizi vya sasa vya kuzuia lango.

MOSV inaweza kuwa 500V ya juu.

VCC inapaswa kutoka kwa chanzo bila kuingiliwa. Lazima usakinishe vichujio na viunganishi vya vidhibiti kutoka +VCC hadi ardhini kwa ajili ya kuchuja.

Wacha sasa tuangalie mizunguko kadhaa ya mfano na IR2110.

Kielelezo 6 - Mzunguko na IR2110 kwa daraja la juu la nusu ya voltage

Kielelezo 7 - Mzunguko na IR2110 kwa daraja la juu la voltage kamili na kusimamiwa kwa kujitegemea funguo (zinazoweza kubofya)

Katika Mchoro 7 tunaona IR2110 inayotumiwa kudhibiti daraja kamili. Hakuna chochote ngumu juu yake na nadhani tayari unaelewa hili. Unaweza pia kutumia kurahisisha maarufu hapa: tunaunganisha HIN1 kwa LIN2, na tunaunganisha HIN2 kwa LIN1, kwa hivyo tunapata udhibiti wa funguo zote 4 kwa kutumia 2 pekee. ishara za pembejeo, badala ya 4, hii imeonyeshwa kwenye Mchoro 8.

Kielelezo 8 - Mpango na IR2110 kwa daraja kamili la voltage ya juu na udhibiti wa ufunguo na pembejeo mbili (inayobofya)

Kielelezo 9 - Mzunguko wenye IR2110 kama dereva wa kiwango cha juu cha voltage

Katika Mchoro 9 tunaona IR2110 ikitumika kama dereva wa kiwango cha juu. Mzunguko ni rahisi sana na ina utendaji sawa na ilivyoelezwa hapo juu. Jambo moja ambalo linahitajika kuzingatiwa ni kwamba kwa kuwa hatuna tena ubadilishaji wa kiwango cha chini, lazima kuwe na mzigo uliounganishwa kutoka OUT hadi chini. Vinginevyo, capacitor ya amplifier haitaweza malipo.

Kielelezo 10 - Mzunguko na IR2110 kama dereva wa kiwango cha chini

Kielelezo 11 - Mzunguko na IR2110 kama kiendeshaji cha kiwango cha chini cha pande mbili

Ikiwa una matatizo na IR2110 yako na kila kitu kinaendelea kushindwa, kuwaka, au kulipuka, nina hakika ni kwa sababu hautumii vipinga vya lango-chanzo, ikizingatiwa kuwa uliiunda kwa uangalifu, bila shaka. KAMWE USISAHAU KUHUSU GATE-SOURCE RESISTORS. Ikiwa una nia, unaweza kusoma kuhusu uzoefu wangu nao hapa (mimi pia kueleza sababu kwa nini resistors kuzuia uharibifu).

Labda baada ya kusoma kifungu hiki hautalazimika kufunga radiators za ukubwa sawa kwenye transistors.
Tafsiri ya makala hii.

Ujumbe mfupi kutoka kwa mfasiri:

Kwanza, katika tafsiri hii kunaweza kuwa na matatizo makubwa na tafsiri ya maneno, sijasoma uhandisi wa umeme na muundo wa mzunguko wa kutosha, lakini bado najua kitu; Nilijaribu pia kutafsiri kila kitu kwa uwazi iwezekanavyo, kwa hivyo sikutumia dhana kama vile bootstrap, MOSFET, nk. Pili, ikiwa sasa ni ngumu kufanya makosa ya tahajia (sifa ziwe kwa wasindikaji wa maneno kwa kuonyesha makosa), basi ni rahisi sana kufanya makosa katika uakifishaji.
Na juu ya pointi hizi mbili, nakuomba unipige teke kwenye maoni kwa bidii iwezekanavyo.

Sasa hebu tuzungumze zaidi juu ya mada ya kifungu - na anuwai ya vifungu juu ya ujenzi wa magari anuwai ya msingi (magari) kwenye MK, kwenye Arduino, kwenye<вставить название>, muundo wa mzunguko yenyewe, kiasi kidogo cha mzunguko wa uunganisho wa magari, haujaelezewa kwa undani wa kutosha. Kawaida inaonekana kama hii:
- chukua injini
- kuchukua vipengele
- kuunganisha vipengele na injini
- …
- FAIDA!1!

Lakini ili kujenga mizunguko ngumu zaidi kuliko kugeuza tu motor ya PWM katika mwelekeo mmoja kupitia L239x, kwa kawaida unahitaji ujuzi kuhusu madaraja kamili (au H-madaraja), kuhusu transistors za athari za shamba (au MOSFETs), na kuhusu madereva kwao. Ikiwa hakuna vizuizi, basi unaweza kutumia p-channel na n-channel transistors kwa daraja kamili, lakini ikiwa injini ina nguvu ya kutosha, basi transistors za p-channel zitalazimika kwanza kunyongwa na idadi kubwa ya radiators. basi baridi zitaongezwa, lakini ikiwa ni aibu kuwatupa nje kabisa, basi unaweza kujaribu aina nyingine za baridi, au tu kutumia transistors n-channel tu katika mzunguko. Lakini kuna shida ndogo na transistors za n-channel - wakati mwingine inaweza kuwa ngumu kuifungua "kwa njia ya kupendeza".

Kwa hivyo nilikuwa nikitafuta kitu cha kunisaidia kutengeneza mchoro ufaao na nikapata makala kwenye blogu ya kijana anayeitwa Syed Tahmid Mahbub. Niliamua kushiriki makala hii.

Katika hali nyingi lazima tutumie FET kama swichi za kiwango cha juu. Pia katika hali nyingi lazima tutumie transistors zenye athari ya shambani kama swichi za viwango vya juu na vya chini. Kwa mfano, katika nyaya za daraja. Katika mizunguko ya daraja la sehemu tuna MOSFET 1 ya kiwango cha juu na MOSFET 1 ya kiwango cha chini. Katika mizunguko kamili ya daraja tuna MOSFET 2 za kiwango cha juu na MOSFET 2 za kiwango cha chini. Katika hali kama hizi, tutahitaji kutumia viendeshaji vya kiwango cha juu na cha chini pamoja. Njia ya kawaida ya kudhibiti transistors za athari ya shamba katika hali kama hizi ni kutumia kiendesha swichi cha kiwango cha chini na cha juu kwa MOSFET. Bila shaka, chip maarufu zaidi cha dereva ni IR2110. Na katika makala/kitabu hiki nitazungumzia hilo hasa.

Unaweza kupakua nyaraka za IR2110 kutoka kwa tovuti ya IR. Hapa kuna kiunga cha kupakua: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Hebu tuangalie kwanza mchoro wa kuzuia, pamoja na maelezo na eneo la pini:

Kielelezo 1 - Mchoro wa kuzuia kazi wa IR2110

Kielelezo 2 - IR2110 pinout

Kielelezo 3 - Maelezo ya pini za IR2110

Inafaa pia kutaja kuwa IR2110 inakuja katika vifurushi viwili - pini 14 ya PDIP na mlima wa uso wa SOIC wa pini 16.

Sasa hebu tuzungumze kuhusu mawasiliano mbalimbali.

Kielelezo 4 - Utegemezi wa mantiki 1 juu ya nguvu

Kwa kawaida VDD ya +5V hutumiwa. Wakati VDD = +5V, kizingiti cha pembejeo cha mantiki 1 ni cha juu kidogo kuliko 3V. Kwa hivyo, wakati VDD = +5V, IR2110 inaweza kutumika kudhibiti mzigo wakati pembejeo "1" ni kubwa kuliko 3 (baadhi) volts. Hii inamaanisha kuwa IR2110 inaweza kutumika kwa karibu mizunguko yote, kwani mizunguko mingi huwa na nguvu karibu 5V. Unapotumia vidhibiti vidogo, voltage ya pato itakuwa kubwa kuliko 4V (baada ya yote, microcontroller mara nyingi huwa na VDD = +5V). Unapotumia SG3525 au TL494 au kidhibiti kingine cha PWM, labda utalazimika kuzitia nguvu kwa voltage kubwa kuliko 10V, ambayo inamaanisha kuwa matokeo yatakuwa makubwa kuliko 8V kwa mantiki moja. Kwa hivyo, IR2110 inaweza kutumika karibu popote.

HIN na LIN ni pembejeo za kimantiki. Ishara ya juu kwenye HIN inamaanisha kwamba tunataka kudhibiti ufunguo wa juu, yaani, matokeo ya kiwango cha juu hufanywa kwenye HO. Ishara ya chini kwenye HIN inamaanisha kwamba tunataka kuzima kiwango cha juu cha MOSFET, yaani, pato la kiwango cha chini linafanywa kwenye HO. Pato la HO, la juu au la chini, halizingatiwi kuhusiana na ardhi, lakini linahusiana na VS. Hivi karibuni tutaona jinsi mizunguko ya amplifier (diode + capacitor) kwa kutumia VCC, VB na VS hutoa nguvu ya kuelea kuendesha MOSFET. VS ni kurudi kwa nguvu inayoelea. Katika kiwango cha juu, kiwango cha HO ni sawa na kiwango cha VB, kinachohusiana na VS. Katika kiwango cha chini, kiwango cha HO ni sawa na VS, kuhusiana na VS, kwa ufanisi sifuri.

Kielelezo 5 - Mzunguko wa msingi kwenye IR2110 kwa udhibiti wa nusu ya daraja

D1, C1 na C2 pamoja na IR2110 huunda mzunguko wa amplifier. Wakati LIN = 1 na Q2 imewashwa, C1 na C2 zinashtakiwa kwa kiwango cha VB, kwani diode moja iko chini + VCC. Wakati LIN = 0 na HIN = 1, malipo ya C1 na C2 hutumiwa kuongeza voltage ya ziada, VB katika kesi hii, juu ya kiwango cha chanzo cha Q1 ili kuendesha Q1 katika usanidi wa kubadili juu. Uwezo mkubwa wa kutosha lazima uchaguliwe kwa C1 ili iwe ya kutosha kutoa malipo muhimu kwa Q1 ili Q1 iwashwe wakati wote. C1 pia haipaswi kuwa na uwezo mkubwa, kwa kuwa mchakato wa malipo utachukua muda mrefu na kiwango cha voltage haitaongezeka kutosha kuweka MOSFET. Kadiri muda unavyohitajika katika serikali, ndivyo uwezo unavyohitajika. Hivyo, mzunguko wa chini unahitaji capacitance kubwa C1. Kipengele cha juu cha kujaza kinahitaji uwezo mkubwa wa C1. Bila shaka, kuna kanuni za kuhesabu capacitance, lakini kwa hili unahitaji kujua vigezo vingi, na hatuwezi kujua baadhi yao, kwa mfano, sasa ya uvujaji wa capacitor. Kwa hivyo nilikadiria tu uwezo wa takriban. Kwa masafa ya chini kama vile 50Hz, mimi hutumia uwezo wa 47uF hadi 68uF. Kwa masafa ya juu kama vile 30-50kHz, mimi hutumia uwezo kuanzia 4.7uF hadi 22uF. Kwa kuwa tunatumia capacitor electrolytic, capacitor kauri lazima kutumika sambamba na capacitor hii. Capacitor ya kauri sio lazima ikiwa capacitor ya kuongeza ni tantalum.

D2 na D3 huondoa lango la MOSFET haraka, kupitisha vipinga vya lango na kupunguza muda wa kuzima. R1 na R2 ni vizuizi vya sasa vya kuzuia lango.

MOSV inaweza kuwa 500V ya juu.

VCC inapaswa kutoka kwa chanzo bila kuingiliwa. Lazima usakinishe vichujio na viunganishi vya vidhibiti kutoka +VCC hadi ardhini kwa ajili ya kuchuja.

Wacha sasa tuangalie mizunguko kadhaa ya mfano na IR2110.

Kielelezo 6 - Mzunguko na IR2110 kwa daraja la juu la nusu ya voltage

Mchoro 7 - Mzunguko wenye IR2110 kwa daraja kamili la voltage ya juu na udhibiti wa ufunguo unaojitegemea (unaobofya)

Katika Mchoro 7 tunaona IR2110 inayotumiwa kudhibiti daraja kamili. Hakuna chochote ngumu juu yake na nadhani tayari unaelewa hili. Unaweza pia kutumia kurahisisha maarufu hapa: tunaunganisha HIN1 kwa LIN2, na tunaunganisha HIN2 na LIN1, kwa hivyo tunapata udhibiti wa funguo zote 4 kwa kutumia mawimbi 2 pekee ya ingizo, badala ya 4, hii imeonyeshwa kwenye Mchoro 8.

Kielelezo 8 - Mpango na IR2110 kwa daraja kamili la voltage ya juu na udhibiti wa ufunguo na pembejeo mbili (inayobofya)

Kielelezo 9 - Mzunguko wenye IR2110 kama dereva wa kiwango cha juu cha voltage

Kielelezo 10 - Mzunguko na IR2110 kama dereva wa kiwango cha chini

Kielelezo 11 - Mzunguko na IR2110 kama kiendeshaji cha kiwango cha chini cha pande mbili

Madereva transistors za athari za shamba

Viendeshaji vya transistor vya MOSFET na IGBT - vifaa vya kudhibiti nguvu vifaa vya semiconductor katika hatua za pato za waongofu nishati ya umeme. Zinatumika kama kiunga cha kati kati ya mzunguko wa kudhibiti (mtawala au dijiti processor ya ishara) na vipengele vyenye nguvu vya utendaji.

Hatua za maendeleo ya nishati ya umeme (nguvu) imedhamiriwa na maendeleo katika teknolojia ya swichi za nguvu na nyaya zao za udhibiti. Mwelekeo mkuu katika umeme wa umeme ni kuongeza masafa ya uendeshaji ya vibadilishaji fedha ambavyo ni sehemu ya kubadili vifaa vya umeme. Kubadilisha umeme kuwa zaidi masafa ya juu inaruhusu kuboresha sifa maalum za uzito na ukubwa transfoma ya mapigo, capacitors na chujio hulisonga. Vigezo vya nguvu na tuli vya vifaa vya nguvu vinaboreshwa daima, lakini swichi zenye nguvu lazima pia kudhibitiwa kwa ufanisi. Viendeshi vya kasi vya juu vya MOSFET na transistors za IGBT vimeundwa kwa mwingiliano wa usawa kati ya mzunguko wa udhibiti na hatua za pato. Madereva yana mikondo ya pato la juu (hadi 9 A), nyakati fupi za kupanda, nyakati za kuanguka, ucheleweshaji na mengine ya kuvutia sifa tofauti. Uainishaji wa dereva unaonyeshwa kwenye Mchoro 2.15.

Mchoro 2.15 - Uainishaji wa madereva

Dereva lazima awe nayo angalau,mmoja pato la nje(V mizunguko ya kusukuma-kuvuta mbili), ambayo ni ya lazima. Inaweza kutumika kama amplifier ya kabla ya kunde au moja kwa moja kipengele muhimu kama sehemu ya chanzo cha mapigo lishe.

Kama kifaa kudhibitiwa katika nyaya za nguvu kwa madhumuni mbalimbali transistors za bipolar, transistors za MOS na vifaa vya aina ya trigger (thyristors, triacs) vinaweza kutumika. Mahitaji ya dereva kufanya kazi udhibiti bora katika kila kesi hizi ni tofauti. Dereva transistor ya bipolar lazima udhibiti mkondo wa msingi wakati umewashwa na uhakikishe uwekaji upya wa wabebaji wachache kwenye msingi wakati wa hatua ya kuzima. Thamani za juu zaidi Mikondo ya udhibiti inatofautiana kidogo na ile iliyokadiriwa kwa muda unaolingana. Transistor ya MOS inadhibitiwa na voltage, lakini mwanzoni mwa vipindi vya kuwasha na kuzima dereva lazima apite kubwa. mikondo ya msukumo kuchaji na kutoa uwezo wa kifaa. Vifaa vya aina ya trigger vinahitaji uundaji wa pigo fupi la sasa tu mwanzoni mwa muda wa kubadili, kwani kuzima (kuzima) kwa vifaa vya kawaida hutokea kando ya kuu, na sio udhibiti, electrodes. Mahitaji haya yote lazima yatimizwe kwa digrii moja au nyingine na madereva yanayolingana.

Kielelezo 2.16…2.18 kinaonyesha miradi ya kawaida kuwasha transistors za MOSFET zenye athari ya bipolar na athari shambani kwa kutumia transistor moja kwenye kiendeshi. Hizi ni zinazoitwa mizunguko na kuzima tu kwa transistor ya nguvu. Kama inavyoonekana kutoka kwa takwimu, muundo wa mizunguko ya dereva ni sawa kabisa, ambayo inafanya uwezekano wa kutumia nyaya sawa kudhibiti transistors za aina zote mbili. Katika kesi hiyo, resorption ya flygbolag kusanyiko katika muundo wa transistor hutokea kwa njia ya kipengele passiv - resistor nje. Upinzani wake, ambao huzuia mpito wa udhibiti sio tu wakati wa kuzima, lakini pia wakati wa muda wa kugeuka, hauwezi kuchaguliwa mdogo sana, ambayo hupunguza kiwango cha resorption ya malipo.

Ili kuongeza kasi ya transistor na kuunda swichi za juu-frequency, ni muhimu kupunguza upinzani wa mzunguko wa kurejesha malipo. Hii inafanywa kwa kutumia transistor iliyowekwa upya, ambayo imewashwa tu wakati wa mapumziko. Mizunguko ya udhibiti inayofanana ya transistors ya bipolar na MOS imewasilishwa kwenye Mchoro 2.17.

Hivi sasa, transistors za MOSFET na IGBT hutumiwa zaidi kama swichi za nguvu za juu na za kati. Ikiwa tunazingatia transistors hizi kama mzigo kwa mzunguko wao wa udhibiti, basi ni capacitors yenye uwezo wa maelfu ya picofarads. Ili kufungua transistor, uwezo huu lazima utozwe, na wakati wa kufunga, lazima ufunguliwe, na haraka iwezekanavyo. Hii inahitaji kufanywa sio tu ili transistor yako iwe na wakati wa kufanya kazi kwa masafa ya juu. Kadiri voltage ya lango la transistor inavyoongezeka, ndivyo upinzani wa chaneli kwa MOSFET unavyopungua au kupungua kwa voltage ya kueneza kwa mtoza-emitter kwa transistors za IGBT. Voltage ya kizingiti cha kufungua transistors kawaida ni volts 2-4, na kiwango cha juu ambacho transistor imefunguliwa kikamilifu ni volts 10-15. Kwa hiyo, voltage ya volts 10-15 inapaswa kutumika. Lakini hata katika kesi hii, capacitance ya lango haijashtakiwa mara moja na kwa muda fulani transistor inafanya kazi katika sehemu isiyo ya kawaida ya tabia yake na upinzani wa juu wa njia, ambayo inasababisha kushuka kwa voltage kubwa kwenye transistor na inapokanzwa sana. Huu ndio unaoitwa udhihirisho wa athari ya Miller.

Ili capacitance ya lango iweze malipo ya haraka na transistor kufungua, ni muhimu kwamba mzunguko wako wa udhibiti unaweza kutoa malipo mengi ya sasa iwezekanavyo kwa transistor. Uwezo wa lango la transistor unaweza kupatikana kutoka kwa data ya pasipoti ya bidhaa na wakati wa kuhesabu, unapaswa kuchukua Cvx = Ciss.

Kwa mfano, hebu tuchukue transistor ya MOSFET IRF740. Ina sifa zifuatazo zinazotuvutia:

Saa ya Ufunguzi (Muda wa Kupanda - Tr) = 27 (ns)

Muda wa Kufunga (Saa za Kuanguka - Tf) = 24 (ns)

Uwezo wa Kuingiza - Ciss = 1400 (pF)

Tunahesabu kiwango cha juu cha ufunguzi wa sasa wa transistor kama:

Tunaamua kiwango cha juu cha kufunga sasa cha transistor kwa kutumia kanuni sawa:

Kwa kuwa kwa kawaida tunatumia volts 12 ili kuimarisha mzunguko wa udhibiti, tutaamua kupinga kwa sasa kwa kutumia sheria ya Ohm.

Hiyo ni, resistor Rg = 20 Ohm, kulingana na mfululizo wa kawaida wa E24.

Tafadhali kumbuka kuwa haiwezekani kudhibiti transistor moja kwa moja kutoka kwa mtawala; nitaanzisha kwamba voltage ya juu ambayo mtawala anaweza kutoa itakuwa ndani ya volts 5, na. kiwango cha juu cha sasa ndani ya 50 mA. Pato la mtawala litakuwa limejaa, na transistor itaonyesha athari ya Miller, na mzunguko wako utashindwa haraka sana, kwa kuwa mtu, ama mtawala au transistor, atazidisha kwanza.
Kwa hiyo, ni muhimu kuchagua dereva sahihi.
Dereva ni amplifier ya nguvu ya kunde na imeundwa kudhibiti swichi za nguvu. Viendeshi vinaweza kuwa funguo za juu na za chini kando, au kuunganishwa katika nyumba moja kwenye kiendeshi cha ufunguo wa juu na wa chini, kwa mfano, kama vile IR2110 au IR2113.
Kulingana na taarifa iliyotolewa hapo juu, tunahitaji kuchagua dereva mwenye uwezo wa kudumisha lango la transistor sasa Ig = 622 mA.
Kwa hivyo, tutatumia dereva wa IR2011 anayeweza kusaidia lango la sasa Ig = 1000 mA.

Pia ni lazima kuzingatia voltage ya juu ya mzigo ambayo swichi zitabadilisha. Katika kesi hii ni sawa na 200 volts.
Ifuatayo, sana parameter muhimu ni kasi ya kufunga. Hii huondoa mtiririko wa mikondo katika mizunguko ya kusukuma-kuvuta iliyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini, na kusababisha hasara na overheating.

Ikiwa unasoma kwa uangalifu mwanzo wa kifungu hicho, basi kwa mujibu wa data ya pasipoti ya transistor unaweza kuona kwamba wakati wa kufunga unapaswa kuwa chini ya muda wa ufunguzi na, ipasavyo, sasa ya kuzima inapaswa kuwa ya juu kuliko ya sasa ya ufunguzi. >Ir. Inawezekana kutoa sasa kubwa ya kufunga kwa kupunguza upinzani wa Rg, lakini kisha ufunguzi wa sasa pia utaongezeka, hii itaathiri ukubwa wa kuongezeka kwa voltage ya kubadili wakati wa kuzima, kulingana na kiwango cha kuoza kwa sasa di / dt. Kwa mtazamo huu, kuongeza kasi ya kubadili ni kwa kiasi kikubwa sababu hasi, kupunguza uaminifu wa kifaa.

Katika kesi hii, tutachukua faida ya mali ya ajabu ya semiconductors kupitisha sasa katika mwelekeo mmoja, na kufunga diode katika mzunguko wa lango ambayo itapita sasa ya kuzima ya transistor Ikiwa.

Kwa hivyo, Ir ya sasa ya lango itapita kupitia resistor R1, na lango la sasa Ikiwa litapita kupitia diode VD1, na kwa kuwa upinzani wa makutano ya p-n ya diode ni chini sana kuliko upinzani wa resistor R1, basi If> Ir . Ili kuhakikisha kwamba sasa ya kuzima haizidi thamani yake, tunaunganisha kupinga katika mfululizo na diode, upinzani ambao utatambuliwa kwa kupuuza upinzani wa diode katika hali ya wazi.

Wacha tuchukue ndogo iliyo karibu zaidi kutoka kwa safu ya kawaida E24 R2=16 Ohm.

Sasa hebu tuangalie nini jina la kiendeshi cha ufunguo wa juu na ufunguo wa chini unamaanisha nini.
Inajulikana kuwa transistors za MOSFET na IGBT zinadhibitiwa na voltage, yaani voltage ya lango-chanzo (Gate-Chanzo) Ugs.
Vifunguo vya juu na vya chini ni nini? Takwimu hapa chini inaonyesha mchoro wa daraja la nusu. Mpango huu ina funguo za juu na za chini, VT1 na VT2, kwa mtiririko huo. Kubadili juu VT1 kunaunganishwa na kukimbia kwa Vcc ya ugavi mzuri, na kwa chanzo kwa mzigo na lazima ifunguliwe na voltage inayotumiwa kuhusiana na chanzo. ufunguo wa chini, kukimbia ni kushikamana na mzigo, na chanzo ni kushikamana na hasi usambazaji wa umeme (ardhi), na lazima kufunguliwa kwa voltage kutumika jamaa na ardhi.

Na ikiwa kila kitu ni wazi sana na ufunguo wa chini, tumia volts 12 kwake - inafungua, tumia volts 0 - inafunga, basi kwa ufunguo wa juu unahitaji mzunguko maalum ambao utaifungua kuhusiana na voltage kwenye chanzo. ya transistor. Mpango huu tayari unatekelezwa ndani ya dereva. Tunachohitaji ni kuongeza capacitance C2 kwa dereva, ambayo itatozwa na voltage ya usambazaji wa dereva, lakini kuhusiana na chanzo cha transistor, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Ni kwa voltage hii kwamba ufunguo wa juu utafunguliwa.

Mzunguko huu unafanya kazi kabisa, lakini matumizi ya uwezo wa nyongeza inaruhusu kufanya kazi katika safu nyembamba. Uwezo huu unachajiwa unapofunguliwa transistor ya chini na haiwezi kuwa kubwa sana ikiwa mzunguko lazima ufanye kazi kwa masafa ya juu, na pia hauwezi kuwa mdogo sana wakati wa kufanya kazi masafa ya chini. Hiyo ni, kwa muundo huu, hatuwezi kuweka swichi ya juu wazi kwa muda usiojulikana; itafunga mara moja baada ya capacitor C2 kutolewa, lakini ikiwa tunatumia uwezo mkubwa, inaweza kukosa kuwa na wakati wa kuchaji tena kwa kipindi kijacho cha operesheni ya transistor. .
Tumekumbana na tatizo hili zaidi ya mara moja na mara nyingi sana tulilazimika kujaribu kuchagua uwezo wa nyongeza wakati wa kubadilisha mzunguko wa kubadili au algorithm ya uendeshaji ya mzunguko. Tatizo lilitatuliwa kwa muda na kwa urahisi sana, kwa njia ya kuaminika zaidi na "karibu" ya bei nafuu. Tulipokuwa tunasoma Rejeleo la Kiufundi la DMC1500, tulivutiwa na madhumuni ya kiunganishi cha P8.

Baada ya kusoma kwa uangalifu mwongozo na kuelewa vizuri mzunguko wa gari zima, ikawa kwamba hii ni kiunganishi cha kuunganisha umeme tofauti, uliotengwa kwa mabati. Tunaunganisha minus ya ugavi wa umeme kwa chanzo cha kubadili juu, na pamoja na pembejeo ya dereva wa Vb na mguu mzuri wa capacitance ya nyongeza. Kwa hivyo, capacitor inashtakiwa mara kwa mara, inafanya uwezekano wa kuweka ufunguo wa juu wazi kwa muda mrefu iwezekanavyo, bila kujali hali ya ufunguo wa chini. Nyongeza hii ya mpango inakuwezesha kutekeleza algorithm yoyote ya kubadili ufunguo.
Inaweza kutumika kama chanzo cha nguvu kwa kuchaji uwezo wa nyongeza kama transformer ya kawaida na kirekebishaji na kichujio, na kigeuzi cha DC-DC.

Nguvu za transistors za athari za shamba za MOSFET ni nzuri kwa kila mtu, isipokuwa kwa nuance moja ndogo - mara nyingi haiwezekani kuunganisha moja kwa moja kwenye pini za microcontroller.

Hii ni, kwanza, kutokana na ukweli kwamba mikondo inayoruhusiwa kwa pini za microcontroller mara chache huzidi 20 mA, na kwa sana kubadili haraka MOSFETs (yenye pande nzuri), wakati unahitaji haraka sana malipo au kutekeleza lango (ambalo daima lina uwezo fulani), zinahitaji mikondo ambayo ni amri ya ukubwa zaidi.

Na, pili, usambazaji wa umeme wa mtawala kawaida ni 3 au 5 Volts, ambayo, kimsingi, inaruhusu udhibiti wa moja kwa moja tu na kikundi kidogo cha wafanyikazi wa shamba (ambao huitwa kiwango cha mantiki - na kiwango cha kimantiki usimamizi). Na kwa kuzingatia kwamba kwa kawaida ugavi wa umeme wa mtawala na usambazaji wa umeme kwa saketi iliyobaki huwa na waya wa kawaida hasi, darasa hili linapunguzwa tu kwa vifaa vya uga vya "kiwango cha mantiki" cha N-channel.

Mojawapo ya ufumbuzi katika hali hii ni matumizi ya microcircuits maalum - madereva, ambayo yameundwa kwa usahihi kuteka mikondo kubwa kupitia milango ya shamba. Hata hivyo, chaguo hili sio bila vikwazo vyake. Kwanza, madereva hawapatikani kila wakati katika maduka, na pili, ni ghali kabisa.

Katika suala hili, wazo liliibuka la kutengeneza kiendeshi rahisi, cha gharama ya chini, kisichoweza kutumika kudhibiti vifaa vya uga vya N-channel na P-channel yoyote. nyaya za chini za voltage, wacha tuseme volts hadi 20. Kweli, kwa bahati nzuri, kama mtoaji halisi wa redio, nina kila aina ya takataka za elektroniki, kwa hivyo baada ya mfululizo wa majaribio mpango huu ulizaliwa:

R 1 =2.2 kOhm, R 2 =100 Ohm, R 3 =1.5 kOhm, R 4 =47 Ohm
D 1 - diode 1N4148 (pipa ya glasi)
T 1, T 2, T 3 - transistors KST2222A (SOT-23, kuashiria 1P)
T 4 - transistor BC807 (SOT-23, kuashiria 5C)

Uwezo kati ya Vcc na Out unaashiria uunganisho wa swichi ya uwanja wa P-channel, uwezo kati ya Out na Gnd unaashiria muunganisho wa swichi ya shamba la N-channel (uwezo wa lango la swichi hizi za shamba).

Mstari wa nukta hugawanya mzunguko katika hatua mbili (I na II). Katika kesi hii, hatua ya kwanza inafanya kazi kama amplifier ya nguvu, na hatua ya pili kama amplifier ya sasa. Uendeshaji wa mzunguko umeelezwa kwa undani hapa chini.

Hivyo. Ikiwa ingizo la In linaonekana ngazi ya juu ishara, kisha transistor T1 inafungua, transistor T2 inafunga (kwani uwezo katika msingi wake hupungua chini ya uwezo katika emitter). Matokeo yake, transistor T3 inafunga, na transistor T4 inafungua na kwa njia hiyo uwezo wa lango la kubadili shamba lililounganishwa huchajiwa tena. (Mkondo wa msingi wa transistor T4 unapita kwenye njia E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd).

Ikiwa ingizo la In linaonekana kiwango cha chini ishara, basi kila kitu kinatokea kwa njia nyingine - transistor T1 inafunga, kama matokeo ambayo uwezo wa msingi wa transistor T2 huongezeka na hufungua. Hii husababisha transistor T3 kuwasha na transistor T4 kuzima. Uwezo wa lango la kubadili shamba lililounganishwa huchajiwa tena kupitia transistor T3 iliyo wazi. (Mkondo wa msingi wa transistor T3 hutiririka kwenye njia Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3).

Hayo kimsingi ndiyo maelezo yote, lakini baadhi ya hoja huenda zinahitaji maelezo ya ziada.

Kwanza, ni nini transistor T2 na diode D1 katika hatua ya kwanza? Kila kitu ni rahisi sana hapa. Sio bure kwamba niliandika juu ya njia za mtiririko wa mikondo kwenye msingi wa transistors za pato. majimbo tofauti mpango. Waangalie tena na ufikirie nini kitatokea ikiwa hakuna transistor T2 na kuunganisha. Katika kesi hii, transistor T4 itafunguliwa na sasa kubwa (maana ya sasa ya msingi ya transistor) inapita kutoka kwa pato la Out kwa njia ya wazi T1 na R2, na transistor T3 itafunguliwa na sasa ndogo inapita kupitia resistor R3. Hii inaweza kusababisha ukingo mrefu sana unaoongoza wa mipigo ya pato.

Kweli, pili, wengi watapendezwa na kwa nini resistors R2 na R4 zinahitajika. Niliziunganisha ili angalau kupunguza kikomo cha sasa cha kilele kupitia besi za transistors za pato, na pia kusawazisha kingo zinazoongoza na zinazofuata za mapigo.

Kifaa kilichokusanyika kinaonekana kama hii:

Mpangilio wa dereva unafanywa kwa vipengele vya SMD, na kwa njia ambayo inaweza kushikamana kwa urahisi na bodi kuu ya kifaa (katika nafasi ya wima) Hiyo ni, kwenye ubao kuu tunaweza kuwa na daraja la nusu au kitu kingine kilichowekwa, na kinachobakia ni kuunganisha kwa wima kwenye ubao huu. katika maeneo sahihi bodi za madereva.

Wiring ina sifa fulani. Ili kupunguza kwa kiasi kikubwa ukubwa wa bodi, tulipaswa "kidogo kimakosa" njia ya transistor ya T4. Kabla ya kuiweka kwenye ubao, unahitaji kuigeuza uso chini (iliyowekwa alama) na kuinama miguu ndani upande wa nyuma(kwa bodi).

Kama unaweza kuona, muda wa mipaka hautegemei kiwango cha voltage ya usambazaji na ni zaidi ya 100 ns. Kwa maoni yangu, ni nzuri kwa muundo kama huo wa bajeti.