ไดรเวอร์สำหรับควบคุมทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามอันทรงพลัง ไดรเวอร์ FET

บางทีหลังจากอ่านบทความนี้แล้วคุณอาจไม่ต้องติดตั้งหม้อน้ำที่มีขนาดเท่ากันบนทรานซิสเตอร์
การแปลบทความนี้

ข้อความสั้นๆ จากนักแปล:

ประการแรกในการแปลนี้อาจมี ปัญหาร้ายแรงเมื่อแปลคำศัพท์แล้ว ฉันยังเรียนวิศวกรรมไฟฟ้าและการออกแบบวงจรไม่มากพอ แต่ก็ยังรู้อะไรบางอย่าง ฉันยังพยายามแปลทุกอย่างให้ชัดเจนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นฉันจึงไม่ได้ใช้แนวคิดเช่น bootstrap, MOSFET เป็นต้น ประการที่สองหากการสะกดคำเป็นเรื่องยากที่จะทำผิดพลาด (สรรเสริญ โปรแกรมประมวลผลคำบ่งชี้ข้อผิดพลาด) ดังนั้นจึงค่อนข้างง่ายที่จะทำผิดพลาดในเครื่องหมายวรรคตอน
และในสองประเด็นนี้ ฉันขอให้คุณเตะฉันในความคิดเห็นให้หนักที่สุด

ตอนนี้เรามาพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อของบทความ - พร้อมบทความที่หลากหลายเกี่ยวกับการก่อสร้างต่างๆ ยานพาหนะมุมมองภาคพื้นดิน (รถยนต์) บน MK, บน Arduino, บน<вставить название>การออกแบบวงจรเอง ไม่รวมถึงวงจรเชื่อมต่อมอเตอร์ด้วย ซึ่งไม่ได้อธิบายไว้อย่างละเอียดเพียงพอ โดยปกติจะมีลักษณะดังนี้:
- นำเครื่องยนต์
- เอาส่วนประกอบ
- เชื่อมต่อส่วนประกอบและเครื่องยนต์
- …
- กำไร!1!

แต่จะสร้างเพิ่มเติม วงจรที่ซับซ้อนแทนที่จะหมุนมอเตอร์ PWM ไปในทิศทางเดียวผ่าน L239x ความรู้เกี่ยวกับฟูลบริดจ์ (หรือ H-บริดจ์) ทรานซิสเตอร์ภาคสนาม (หรือ MOSFET) และโดยปกติแล้ว จำเป็นต้องมีไดรเวอร์สำหรับมอเตอร์เหล่านี้ หากไม่มีสิ่งใดจำกัดไว้ คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ p-channel และ n-channel สำหรับบริดจ์แบบเต็มได้ แต่ถ้าเครื่องยนต์มีกำลังเพียงพอ จะต้องชั่งน้ำหนักทรานซิสเตอร์ p-channel ก่อน จำนวนมากหม้อน้ำจากนั้นเพิ่มตัวทำความเย็น แต่ถ้าเป็นการน่าเสียดายที่จะทิ้งมันไปคุณสามารถลองใช้การระบายความร้อนประเภทอื่นหรือใช้เพียงทรานซิสเตอร์ n-channel ในวงจร แต่มีปัญหาเล็กน้อยกับทรานซิสเตอร์ n-channel - บางครั้งอาจเป็นเรื่องยากมากที่จะเปิด "ด้วยวิธีที่เป็นมิตร"

ฉันก็เลยหาอะไรมาช่วยเรียบเรียง โครงการที่ถูกต้องและฉันพบบทความในบล็อกของชายหนุ่มชื่อไซด ตะห์มิด มาห์บุบ ฉันตัดสินใจแบ่งปันบทความนี้

ในหลายสถานการณ์ เราต้องใช้ FET เป็นสวิตช์ระดับสูง นอกจากนี้ ในหลาย ๆ สถานการณ์ เราต้องใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเป็นสวิตช์สำหรับทั้งระดับบนและระดับล่าง ตัวอย่างเช่นในวงจรบริดจ์ ในวงจรบริดจ์บางส่วน เรามี MOSFET ระดับสูง 1 ตัว และ MOSFET ระดับต่ำ 1 ตัว ในวงจรบริดจ์เต็มรูปแบบ เรามี MOSFET ระดับสูง 2 ตัว และ MOSFET ระดับต่ำ 2 ตัว ในสถานการณ์เช่นนี้ เราจำเป็นต้องใช้ทั้งไดรเวอร์ระดับสูงและต่ำร่วมกัน วิธีทั่วไปที่สุดในการควบคุมทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามในกรณีเช่นนี้คือการใช้ไดรเวอร์สวิตช์ตัวล่างและตัวล่าง ระดับบนสำหรับมอสเฟต ไม่ต้องสงสัยเลยว่าชิปไดรเวอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ IR2110 และในบทความ/ตำราเรียนนี้ ผมจะพูดถึงเรื่องนั้นอย่างแน่นอน

คุณสามารถดาวน์โหลดเอกสารสำหรับ IR2110 ได้จากเว็บไซต์ IR นี่คือลิงค์ดาวน์โหลด: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

ก่อนอื่นเรามาดูแผนภาพบล็อกพร้อมทั้งคำอธิบายและตำแหน่งของพิน:

รูปที่ 1 - แผนภาพบล็อกการทำงานของ IR2110

รูปที่ 2 - พิน IR2110

รูปที่ 3 - คำอธิบายของพิน IR2110

นอกจากนี้ ยังเป็นที่น่าสังเกตว่า IR2110 มาในสองแพ็คเกจ ได้แก่ PDIP 14 พินสำหรับการติดตั้งแบบ pin-out และ SOIC 16 พินสำหรับการติดตั้งบนพื้นผิว

ตอนนี้เรามาพูดถึงผู้ติดต่อต่างๆ

VCC เป็นแหล่งจ่ายไฟระดับต่ำ ควรอยู่ระหว่าง 10V ถึง 20V VDD คือแหล่งจ่ายลอจิกสำหรับ IR2110 ซึ่งควรอยู่ระหว่าง +3V ถึง +20V (สัมพันธ์กับ VSS) แรงดันไฟฟ้าจริงที่คุณเลือกใช้ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าของสัญญาณอินพุต นี่คือแผนภูมิ:

รูปที่ 4 - การพึ่งพาตรรกะ 1 กับกำลัง

โดยทั่วไปจะใช้ VDD ที่ +5V เมื่อ VDD = +5V เกณฑ์อินพุตของลอจิก 1 จะสูงกว่า 3V เล็กน้อย ดังนั้น เมื่อ VDD = +5V จะสามารถใช้ IR2110 ควบคุมโหลดได้เมื่ออินพุท "1" สูงกว่า 3 (บางส่วน) โวลต์ ซึ่งหมายความว่า IR2110 สามารถใช้ได้กับวงจรเกือบทั้งหมด เนื่องจากวงจรส่วนใหญ่มักจะจ่ายไฟประมาณ 5V เมื่อคุณใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ แรงดันขาออกจะสูงกว่า 4V (เพราะว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ค่อนข้างจะมี VDD = +5V) เมื่อใช้ SG3525 หรือ TL494 หรือตัวควบคุม PWM อื่นๆ คุณอาจต้องจ่ายไฟให้กับคอนโทรลเลอร์ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 10V ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตจะมากกว่า 8V ที่ลอจิกหนึ่ง ดังนั้น IR2110 จึงสามารถใช้งานได้เกือบทุกที่

คุณยังสามารถลด VDD ลงเหลือประมาณ +4V ได้ หากคุณใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือชิปใดๆ ที่ให้เอาต์พุต 3.3V (เช่น dsPIC33) เมื่อออกแบบวงจรด้วย IR2110 ฉันสังเกตเห็นว่าบางครั้งวงจรทำงานไม่ถูกต้องเมื่อตั้งค่า VDD ของ IR2110 ไว้ที่น้อยกว่า +4V ดังนั้นฉันไม่แนะนำให้ใช้ VDD ที่ต่ำกว่า +4V ในวงจรส่วนใหญ่ของฉัน ระดับสัญญาณไม่มีแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า 4V เป็น "1" ดังนั้นฉันจึงใช้ VDD = +5V

หากด้วยเหตุผลบางประการในวงจร ระดับของสัญญาณลอจิคัล "1" มีแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า 3V คุณต้องใช้ตัวแปลงระดับ/ตัวแปลระดับ จะทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นถึงขีดจำกัดที่ยอมรับได้ ในสถานการณ์เช่นนี้ ผมแนะนำให้เพิ่มเป็น 4V หรือ 5V และใช้ IR2110 VDD = +5V

ตอนนี้เรามาพูดถึง VSS และ COM กันดีกว่า VSS คือดินแดนแห่งตรรกะ COM คือ "การส่งคืนระดับต่ำ" - โดยพื้นฐานแล้วคือระดับกราวด์ต่ำของคนขับ อาจดูเหมือนเป็นอิสระจากกัน และอาจคิดว่าอาจเป็นไปได้ที่จะแยกเอาต์พุตของไดรเวอร์และลอจิกสัญญาณของไดรเวอร์ออก อย่างไรก็ตามนี่จะผิด แม้ว่าจะไม่ได้เชื่อมต่อกันภายใน แต่ IR2110 ก็เป็นไดรเวอร์ที่ไม่แยกกัน ซึ่งหมายความว่าทั้ง VSS และ COM จะต้องเชื่อมต่อกับกราวด์

HIN และ LIN เป็นอินพุตแบบลอจิคัล สัญญาณสูงบน HIN หมายความว่าเราต้องการควบคุมไฮคีย์ นั่นคือบน HO เอาต์พุตระดับสูงจะดำเนินการ สัญญาณต่ำถึง HIN หมายความว่าเราต้องการปิด MOSFET ระดับสูง นั่นคือ HO คือเอาต์พุตระดับต่ำ เอาต์พุตไปยัง H O สูงหรือต่ำไม่ถือว่าสัมพันธ์กับกราวด์ แต่สัมพันธ์กับ VS เร็วๆ นี้เราจะได้เห็นว่าวงจรแอมพลิฟายเออร์ (ไดโอด + ตัวเก็บประจุ) ที่ใช้ VCC, VB และ VS จ่ายพลังงานลอยตัวเพื่อขับเคลื่อน MOSFET ได้อย่างไร VS คือการคืนพลังงานแบบลอยตัว ในระดับสูง ระดับที่ H O จะเท่ากับระดับที่ VB สัมพันธ์กับ VS ในระดับต่ำ ระดับที่ H O เท่ากับ VS เทียบกับ VS เท่ากับศูนย์

สัญญาณ LIN สูงหมายความว่าเราต้องการควบคุมสวิตช์ต่ำ นั่นคือ LO คือเอาต์พุตระดับสูง สัญญาณ LIN ต่ำหมายความว่าเราต้องการปิด MOSFET ระดับต่ำ นั่นคือ LO คือเอาต์พุตระดับต่ำ เอาต์พุตใน LO ถือว่าสัมพันธ์กับกราวด์ เมื่อสัญญาณสูง ระดับที่ LO จะเหมือนกับที่ VCC สัมพันธ์กับ VSS ซึ่งเป็นกราวด์อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อสัญญาณต่ำ ระดับใน LO จะเหมือนกับใน VSS ซึ่งสัมพันธ์กับ VSS ซึ่งเป็นศูนย์อย่างมีประสิทธิภาพ

SD ถูกใช้เป็นตัวควบคุมการหยุด เมื่อระดับต่ำ IR2110 จะเปิด - ฟังก์ชันหยุดจะถูกปิดใช้งาน เมื่อพินนี้สูง เอาต์พุตจะถูกปิด ปิดใช้งานการควบคุม IR2110
ตอนนี้เรามาดูการกำหนดค่าทั่วไปกับ IR2110 เพื่อขับเคลื่อน MOSFET เป็นสวิตช์สูงและต่ำ - วงจรฮาล์ฟบริดจ์

รูปที่ 5 - วงจรพื้นฐานบน IR2110 สำหรับการควบคุมฮาล์ฟบริดจ์

D1, C1 และ C2 พร้อมกับ IR2110 สร้างวงจรเครื่องขยายเสียง เมื่อ LIN = 1 และ Q2 เปิดอยู่ C1 และ C2 จะถูกชาร์จไปที่ระดับ VB เนื่องจากไดโอดตัวหนึ่งอยู่ต่ำกว่า +VCC เมื่อ LIN = 0 และ HIN = 1 ประจุบน C1 และ C2 จะถูกใช้เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติม VB ไปที่ ในกรณีนี้เหนือระดับแหล่งที่มาของ Q1 เพื่อควบคุม Q1 ในการกำหนดค่าสวิตช์ด้านบน ต้องเลือกความจุขนาดใหญ่เพียงพอที่ C1 เพื่อให้เพียงพอต่อการจัดหา ค่าใช้จ่ายที่จำเป็นสำหรับ Q1 ดังนั้น Q1 จึงเปิดตลอดเวลานี้ C1 ไม่ควรจะมีความจุมากเกินไป เนื่องจากกระบวนการชาร์จจะใช้เวลานานและระดับแรงดันไฟฟ้าจะไม่เพิ่มขึ้นเพียงพอที่จะเปิด MOSFET ต่อไป ยังไง เวลานานขึ้นจำเป็นเมื่อเปิดเครื่อง ยิ่งต้องมีความจุมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นความถี่ที่ต่ำกว่าจึงต้องมีความจุ C1 ที่มากขึ้น ปัจจัยการเติมที่สูงขึ้นจำเป็นต้องมีความจุ C1 ที่มากขึ้น แน่นอนว่ามีสูตรในการคำนวณความจุ แต่สำหรับสิ่งนี้คุณจำเป็นต้องรู้พารามิเตอร์มากมายและเราอาจไม่ทราบบางส่วนเช่นกระแสรั่วไหลของตัวเก็บประจุ ฉันก็เลยประมาณความจุโดยประมาณเท่านั้น สำหรับความถี่ต่ำ เช่น 50Hz ฉันใช้ความจุ 47uF ถึง 68uF สำหรับความถี่สูง เช่น 30-50kHz ฉันใช้ความจุตั้งแต่ 4.7uF ถึง 22uF เนื่องจากเราใช้ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าดังนั้นจึงควรใช้ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกขนานกับตัวเก็บประจุนี้ ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกไม่จำเป็นหากตัวเก็บประจุของเครื่องขยายเสียงเป็นแทนทาลัม

D2 และ D3 คายประจุเกตของ MOSFET อย่างรวดเร็ว โดยข้ามตัวต้านทานเกตและลดเวลาการปิดเครื่อง R1 และ R2 เป็นตัวต้านทานเกตจำกัดกระแส

MOSV สามารถสูงสุด 500V

VCC ควรมาจากแหล่งที่มาโดยไม่มีการรบกวน คุณต้องติดตั้งตัวเก็บประจุกรองและแยกตัวจาก +VCC ลงกราวด์เพื่อการกรอง

ทีนี้มาดูตัวอย่างวงจรที่มี IR2110 กัน

รูปที่ 6 - วงจรที่มี IR2110 สำหรับฮาล์ฟบริดจ์ไฟฟ้าแรงสูง

รูปที่ 7 - วงจรที่มี IR2110 สำหรับสะพานเต็มไฟฟ้าแรงสูงด้วย จัดการอย่างอิสระคีย์ (คลิกได้)

ในรูปที่ 7 เราจะเห็น IR2110 ที่ใช้ในการควบคุมบริดจ์แบบเต็ม ไม่มีอะไรซับซ้อนเกี่ยวกับเรื่องนี้และฉันคิดว่าคุณเข้าใจเรื่องนี้แล้ว คุณยังสามารถใช้การทำให้เข้าใจง่ายที่เป็นที่นิยมได้ที่นี่: เราเชื่อมต่อ HIN1 กับ LIN2 และเราเชื่อมต่อ HIN2 กับ LIN1 ดังนั้นเราจึงควบคุมทั้ง 4 ปุ่มโดยใช้เพียง 2 ปุ่มเท่านั้น สัญญาณอินพุตแทนที่จะเป็น 4 แสดงไว้ในรูปที่ 8

รูปที่ 8 - วงจรที่มี IR2110 สำหรับบริดจ์ไฟฟ้าแรงสูงเต็มรูปแบบพร้อมปุ่มควบคุมพร้อมอินพุตสองตัว (คลิกได้)

รูปที่ 9 - วงจรที่มี IR2110 เป็นไดรเวอร์ระดับบนสุดแรงดันสูง

ในรูปที่ 9 เราเห็น IR2110 ที่ใช้เป็นไดร์เวอร์ระดับสูง วงจรนี้ค่อนข้างเรียบง่ายและมีฟังก์ชันการทำงานเหมือนกับที่อธิบายไว้ข้างต้น สิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงคือเนื่องจากเราไม่มีสวิตช์ระดับต่ำอีกต่อไป จึงต้องเชื่อมต่อโหลดจาก OUT ลงกราวด์ มิฉะนั้นตัวเก็บประจุของเครื่องขยายเสียงจะไม่สามารถชาร์จได้

รูปที่ 10 - วงจรที่มี IR2110 เป็นไดรเวอร์ระดับต่ำ

รูปที่ 11 - วงจรที่มี IR2110 เป็นไดร์เวอร์ระดับต่ำคู่

หากคุณกำลังประสบปัญหากับ IR2110 และทุกอย่างยังคงทำงานล้มเหลว ไหม้ หรือระเบิด ฉันค่อนข้างแน่ใจว่าเป็นเพราะคุณไม่ได้ใช้ตัวต้านทานจากแหล่งเกต แน่นอนว่าคุณออกแบบมันอย่างระมัดระวัง อย่าลืมเกี่ยวกับตัวต้านทานแบบเกทซอร์ส- หากคุณสนใจ คุณสามารถอ่านประสบการณ์ของฉันได้ที่นี่ (ฉันยังอธิบายเหตุผลว่าทำไมตัวต้านทานจึงป้องกันความเสียหายด้วย)

ข้อความสั้นๆ จากนักแปล:

ประการแรก ในการแปลนี้อาจมีปัญหาร้ายแรงกับการแปลคำศัพท์ ฉันยังเรียนวิศวกรรมไฟฟ้าและการออกแบบวงจรไม่เพียงพอ แต่ฉันยังรู้อะไรบางอย่าง ฉันยังพยายามแปลทุกอย่างให้ชัดเจนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดังนั้นฉันจึงไม่ได้ใช้แนวคิดเช่น bootstrap, MOSFET เป็นต้น ประการที่สอง หากตอนนี้การสะกดผิดเป็นเรื่องยาก (ขอชมเชยโปรแกรมประมวลผลคำที่ระบุข้อผิดพลาด) ก็ค่อนข้างง่ายที่จะทำผิดพลาดในเครื่องหมายวรรคตอน
และในสองประเด็นนี้ ฉันขอให้คุณเตะฉันในความคิดเห็นให้หนักที่สุด

ตอนนี้เรามาพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อของบทความ - พร้อมบทความที่หลากหลายเกี่ยวกับการสร้างยานพาหนะภาคพื้นดิน (รถยนต์) บน MK บน Arduino บน<вставить название>การออกแบบวงจรเอง ไม่รวมถึงวงจรเชื่อมต่อมอเตอร์ด้วย ซึ่งไม่ได้อธิบายไว้อย่างละเอียดเพียงพอ โดยปกติจะมีลักษณะดังนี้:
- นำเครื่องยนต์
- เอาส่วนประกอบ
- เชื่อมต่อส่วนประกอบและเครื่องยนต์
- …
- กำไร!1!

แต่ในการสร้างวงจรที่ซับซ้อนมากกว่าการหมุนมอเตอร์ PWM ไปในทิศทางเดียวผ่าน L239x คุณมักจะต้องมีความรู้เกี่ยวกับฟูลบริดจ์ (หรือสะพาน H) เกี่ยวกับทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม (หรือ MOSFET) และเกี่ยวกับไดรเวอร์สำหรับวงจรเหล่านั้น หากไม่มีข้อ จำกัด คุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ p-channel และ n-channel สำหรับบริดจ์แบบเต็มได้ แต่ถ้าเครื่องยนต์มีพลังเพียงพอทรานซิสเตอร์ p-channel จะต้องถูกแขวนไว้ด้วยหม้อน้ำจำนวนมากก่อน จากนั้นจะมีการเพิ่มตัวทำความเย็น แต่ถ้าเป็นการน่าเสียดายที่จะทิ้งมันออกไปจนหมดคุณสามารถลองใช้การระบายความร้อนประเภทอื่นหรือใช้เพียงทรานซิสเตอร์ n-channel ในวงจร แต่มีปัญหาเล็กน้อยกับทรานซิสเตอร์ n-channel - บางครั้งอาจเป็นเรื่องยากมากที่จะเปิด "ด้วยวิธีที่เป็นมิตร"

ดังนั้นฉันจึงมองหาบางสิ่งบางอย่างเพื่อช่วยฉันในการทำไดอะแกรมที่เหมาะสม และฉันพบบทความในบล็อกของชายหนุ่มชื่อไซด ตาห์มิด มาห์บับ ฉันตัดสินใจแบ่งปันบทความนี้

ในหลายสถานการณ์ เราต้องใช้ FET เป็นสวิตช์ระดับสูง นอกจากนี้ ในหลาย ๆ สถานการณ์ เราต้องใช้ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเป็นสวิตช์สำหรับทั้งระดับบนและระดับล่าง ตัวอย่างเช่นในวงจรบริดจ์ ในวงจรบริดจ์บางส่วน เรามี MOSFET ระดับสูง 1 ตัว และ MOSFET ระดับต่ำ 1 ตัว ในวงจรบริดจ์เต็มรูปแบบ เรามี MOSFET ระดับสูง 2 ตัว และ MOSFET ระดับต่ำ 2 ตัว ในสถานการณ์เช่นนี้ เราจำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์ทั้งระดับสูงและต่ำร่วมกัน วิธีทั่วไปที่สุดในการควบคุมทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามในกรณีเช่นนี้คือการใช้ไดรเวอร์สวิตช์ระดับต่ำและระดับสูงสำหรับ MOSFET ไม่ต้องสงสัยเลยว่าชิปไดรเวอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ IR2110 และในบทความ/ตำราเรียนนี้ ผมจะพูดถึงเรื่องนั้นอย่างแน่นอน

ก่อนอื่นเรามาดูแผนภาพบล็อกพร้อมทั้งคำอธิบายและตำแหน่งของพิน:

รูปที่ 1 - แผนภาพบล็อกการทำงานของ IR2110

รูปที่ 2 - พิน IR2110

รูปที่ 3 - คำอธิบายของพิน IR2110

ตอนนี้เรามาพูดถึงผู้ติดต่อต่างๆ

รูปที่ 4 - การพึ่งพาตรรกะ 1 กับกำลัง

โดยทั่วไปจะใช้ VDD ที่ +5V เมื่อ VDD = +5V เกณฑ์อินพุตของลอจิก 1 จะสูงกว่า 3V เล็กน้อย ดังนั้น เมื่อ VDD = +5V จะสามารถใช้ IR2110 ควบคุมโหลดได้เมื่ออินพุต "1" สูงกว่า 3 (บางส่วน) โวลต์ ซึ่งหมายความว่า IR2110 สามารถใช้ได้กับวงจรเกือบทั้งหมด เนื่องจากวงจรส่วนใหญ่มักจะจ่ายไฟประมาณ 5V เมื่อคุณใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ แรงดันเอาต์พุตจะสูงกว่า 4V (ท้ายที่สุดแล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์มักจะมี VDD = +5V) เมื่อใช้ SG3525 หรือ TL494 หรือตัวควบคุม PWM อื่นๆ คุณอาจต้องจ่ายไฟให้กับคอนโทรลเลอร์ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 10V ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตจะมากกว่า 8V ที่ลอจิกหนึ่ง ดังนั้น IR2110 จึงสามารถใช้งานได้เกือบทุกที่

HIN และ LIN เป็นอินพุตแบบลอจิคัล สัญญาณสูงบน HIN หมายความว่าเราต้องการควบคุมคีย์สูง นั่นคือ เอาต์พุตระดับสูงจะดำเนินการบน HO สัญญาณต่ำบน HIN หมายความว่าเราต้องการปิด MOSFET ระดับสูง นั่นคือเอาต์พุตระดับต่ำจะดำเนินการบน H2O เอาต์พุตไปยัง H O สูงหรือต่ำไม่ถือว่าสัมพันธ์กับกราวด์ แต่สัมพันธ์กับ VS เร็วๆ นี้เราจะได้เห็นว่าวงจรแอมพลิฟายเออร์ (ไดโอด + ตัวเก็บประจุ) ที่ใช้ VCC, VB และ VS จ่ายพลังงานลอยตัวเพื่อขับเคลื่อน MOSFET ได้อย่างไร VS คือการคืนพลังงานแบบลอยตัว ในระดับสูง ระดับที่ H O จะเท่ากับระดับที่ VB สัมพันธ์กับ VS ในระดับต่ำ ระดับที่ H O จะเท่ากับ VS เทียบกับ VS เท่ากับศูนย์

รูปที่ 5 - วงจรพื้นฐานบน IR2110 สำหรับการควบคุมฮาล์ฟบริดจ์

D1, C1 และ C2 พร้อมกับ IR2110 สร้างวงจรเครื่องขยายเสียง เมื่อ LIN = 1 และ Q2 เปิดอยู่ C1 และ C2 จะถูกชาร์จไปที่ระดับ VB เนื่องจากไดโอดตัวหนึ่งอยู่ต่ำกว่า +VCC เมื่อ LIN = 0 และ HIN = 1 ประจุบน C1 และ C2 จะถูกใช้เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติม ซึ่งในกรณีนี้คือ VB ซึ่งอยู่เหนือระดับแหล่งที่มา Q1 เพื่อขับเคลื่อน Q1 ในการกำหนดค่าสวิตช์สูง ต้องเลือกความจุขนาดใหญ่เพียงพอที่ C1 เพื่อให้เพียงพอต่อการชาร์จที่จำเป็นให้กับ Q1 เพื่อให้ Q1 เปิดอยู่ตลอดเวลา C1 ไม่ควรจะมีความจุมากเกินไป เนื่องจากกระบวนการชาร์จจะใช้เวลานานและระดับแรงดันไฟฟ้าจะไม่เพิ่มขึ้นเพียงพอที่จะเปิด MOSFET ต่อไป ยิ่งต้องใช้เวลาในสถานะเปิดนานขึ้น ความจุที่ต้องการก็จะมากขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นความถี่ที่ต่ำกว่าจึงต้องมีความจุ C1 ที่มากขึ้น ปัจจัยการเติมที่สูงขึ้นจำเป็นต้องมีความจุ C1 ที่มากขึ้น แน่นอนว่ามีสูตรในการคำนวณความจุ แต่สำหรับสิ่งนี้คุณจำเป็นต้องรู้พารามิเตอร์มากมายและเราอาจไม่ทราบบางส่วนเช่นกระแสรั่วไหลของตัวเก็บประจุ ฉันก็เลยประมาณความจุโดยประมาณเท่านั้น สำหรับความถี่ต่ำ เช่น 50Hz ฉันใช้ความจุ 47uF ถึง 68uF สำหรับความถี่สูง เช่น 30-50kHz ฉันใช้ความจุตั้งแต่ 4.7uF ถึง 22uF เนื่องจากเราใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า จึงต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกขนานกับตัวเก็บประจุนี้ ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกไม่จำเป็นหากตัวเก็บประจุบูสต์เป็นแทนทาลัม

MOSV สามารถสูงสุด 500V

ทีนี้มาดูตัวอย่างวงจรที่มี IR2110 กัน

รูปที่ 6 - วงจรที่มี IR2110 สำหรับฮาล์ฟบริดจ์ไฟฟ้าแรงสูง

รูปที่ 7 - วงจรที่มี IR2110 สำหรับบริดจ์ไฟฟ้าแรงสูงเต็มรูปแบบพร้อมปุ่มควบคุมอิสระ (คลิกได้)

ในรูปที่ 7 เราจะเห็น IR2110 ที่ใช้ในการควบคุมบริดจ์แบบเต็ม ไม่มีอะไรซับซ้อนเกี่ยวกับเรื่องนี้และฉันคิดว่าคุณเข้าใจเรื่องนี้แล้ว คุณยังสามารถใช้การทำให้เข้าใจง่ายที่เป็นที่นิยมได้ที่นี่: เราเชื่อมต่อ HIN1 กับ LIN2 และเราเชื่อมต่อ HIN2 กับ LIN1 ดังนั้นเราจึงได้รับการควบคุมทั้ง 4 ปุ่มโดยใช้สัญญาณอินพุตเพียง 2 สัญญาณ แทนที่จะเป็น 4 ซึ่งแสดงในรูปที่ 8

รูปที่ 9 - วงจรที่มี IR2110 เป็นไดรเวอร์ระดับบนสุดแรงดันสูง

รูปที่ 10 - วงจรที่มี IR2110 เป็นไดรเวอร์ระดับต่ำ

รูปที่ 11 - วงจรที่มี IR2110 เป็นไดร์เวอร์ระดับต่ำคู่

ไดรเวอร์ ทรานซิสเตอร์สนามผล

ไดรเวอร์ทรานซิสเตอร์ MOSFET และ IGBT - อุปกรณ์สำหรับควบคุมที่ทรงพลัง อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในขั้นตอนเอาท์พุตของคอนเวอร์เตอร์ พลังงานไฟฟ้า- พวกมันถูกใช้เป็นตัวเชื่อมระดับกลางระหว่างวงจรควบคุม (คอนโทรลเลอร์หรือดิจิทัล โปรเซสเซอร์สัญญาณ) และองค์ประกอบผู้บริหารอันทรงพลัง

ขั้นตอนของการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงาน (กำลัง) ถูกกำหนดโดยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของสวิตช์ไฟและวงจรควบคุม ทิศทางที่โดดเด่นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังคือการเพิ่มความถี่การทำงานของคอนเวอร์เตอร์ที่เป็นส่วนหนึ่งของการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง แปลงไฟฟ้าให้มากขึ้น ความถี่สูงช่วยให้สามารถปรับปรุงลักษณะน้ำหนักและขนาดเฉพาะได้ หม้อแปลงพัลส์, ตัวเก็บประจุ และโช้กกรอง พารามิเตอร์แบบไดนามิกและแบบคงที่ของอุปกรณ์ไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง แต่สวิตช์ที่ทรงพลังจะต้องได้รับการควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพด้วย ไดรเวอร์ความเร็วสูงอันทรงพลังของทรานซิสเตอร์ MOSFET และ IGBT ได้รับการออกแบบมาเพื่อการทำงานร่วมกันที่สมดุลระหว่างวงจรควบคุมและขั้นตอนเอาท์พุต ไดรเวอร์มีกระแสเอาต์พุตสูง (สูงถึง 9 A) การขึ้นระยะสั้น การตก เวลาหน่วง และอื่นๆ ที่น่าสนใจ คุณสมบัติที่โดดเด่น- การจำแนกประเภทผู้ขับขี่แสดงในรูปที่ 2.15

รูปที่ 2.15 - การจำแนกประเภทของไดรเวอร์

ผู้ขับขี่ต้องมี อย่างน้อย, หนึ่ง เอาท์พุทภายนอก(วี วงจรกด-ดึงสอง) ซึ่งเป็นข้อบังคับ สามารถใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณพรีพัลส์หรือโดยตรงก็ได้ องค์ประกอบสำคัญเป็นส่วนหนึ่งของ แหล่งชีพจรโภชนาการ

เป็นอุปกรณ์ควบคุมใน วงจรไฟฟ้า เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆสามารถใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์, ทรานซิสเตอร์ MOS และอุปกรณ์ประเภททริกเกอร์ (ไทริสเตอร์, ไทรแอก) ได้ ข้อกำหนดสำหรับการปฏิบัติงานของผู้ขับขี่ การควบคุมที่เหมาะสมที่สุดในแต่ละกรณีจะแตกต่างกัน คนขับรถ ทรานซิสเตอร์สองขั้วต้องควบคุมกระแสฐานเมื่อเปิดเครื่อง และต้องแน่ใจว่ามีการดูดซับของพาหะส่วนน้อยในฐานระหว่างขั้นตอนการปิดเครื่อง ค่าสูงสุดกระแสควบคุมแตกต่างเล็กน้อยจากกระแสเฉลี่ยในช่วงเวลาที่สอดคล้องกัน ทรานซิสเตอร์ MOS ถูกควบคุมแรงดันไฟฟ้า แต่ในช่วงเริ่มต้นของช่วงเวลาเปิดและปิด ไดรเวอร์จะต้องผ่านขนาดใหญ่ กระแสแรงกระตุ้นการชาร์จและการคายประจุความจุของอุปกรณ์ อุปกรณ์ประเภททริกเกอร์จำเป็นต้องมีการสร้างพัลส์กระแสสั้นที่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลาการสลับเท่านั้น เนื่องจากการปิด (สวิตช์) สำหรับอุปกรณ์ทั่วไปส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดหลัก ไม่ใช่อิเล็กโทรดควบคุม ข้อกำหนดทั้งหมดเหล่านี้ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหนึ่งหรืออย่างอื่นโดยผู้ขับขี่ที่เกี่ยวข้อง

รูปที่ 2.16…2.18 แสดง แผนการมาตรฐานการเปิดทรานซิสเตอร์ MOSFET แบบไบโพลาร์และเอฟเฟกต์สนามโดยใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเดียวในไดรเวอร์ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าวงจรที่มีการปิดสวิตช์แบบพาสซีฟของทรานซิสเตอร์กำลัง ดังที่เห็นจากภาพโครงสร้างของวงจรไดรเวอร์จะเหมือนกันทุกประการซึ่งทำให้สามารถใช้วงจรเดียวกันในการควบคุมทรานซิสเตอร์ทั้งสองประเภทได้ ในกรณีนี้การสลายของพาหะที่สะสมในโครงสร้างของทรานซิสเตอร์เกิดขึ้นผ่านองค์ประกอบแบบพาสซีฟ - ตัวต้านทานภายนอก ความต้านทานซึ่งแยกการเปลี่ยนการควบคุมไม่เพียงแต่เมื่อปิดเครื่องเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในช่วงเวลาเปิดเครื่องด้วย ไม่สามารถเลือกให้น้อยเกินไปได้ ซึ่งจะจำกัดอัตราการสลายประจุ

ในการเพิ่มความเร็วของทรานซิสเตอร์และสร้างสวิตช์ความถี่สูงจำเป็นต้องลดความต้านทานของวงจรรีเซ็ตประจุ ทำได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์รีเซ็ตซึ่งจะเปิดเฉพาะในช่วงเวลาหยุดชั่วคราวเท่านั้น วงจรควบคุมที่สอดคล้องกันสำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์และ MOS แสดงไว้ในรูปที่ 2.17

ปัจจุบันทรานซิสเตอร์ MOSFET และ IGBT ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสวิตช์ไฟกำลังสูงและปานกลาง หากเราถือว่าทรานซิสเตอร์เหล่านี้เป็นโหลดสำหรับวงจรควบคุม พวกมันก็คือตัวเก็บประจุที่มีความจุหลายพันพิโคฟารัด ในการเปิดทรานซิสเตอร์จะต้องชาร์จความจุนี้และเมื่อปิดจะต้องคายประจุออกโดยเร็วที่สุด สิ่งนี้จะต้องทำไม่เพียงแต่เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ของคุณมีเวลาทำงานที่ความถี่สูงเท่านั้น ยิ่งแรงดันเกตของทรานซิสเตอร์สูง ความต้านทานของช่องสำหรับ MOSFET ก็จะยิ่งต่ำลง หรือแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวของตัวสะสม-ตัวปล่อยสำหรับทรานซิสเตอร์ IGBT ก็จะยิ่งต่ำลง แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์สำหรับการเปิดทรานซิสเตอร์มักจะอยู่ที่ 2–4 โวลต์ และค่าสูงสุดที่ทรานซิสเตอร์เปิดจนสุดคือ 10–15 โวลต์ ดังนั้นควรใช้แรงดันไฟฟ้า 10-15 โวลต์ แต่ถึงแม้ในกรณีนี้ ความจุเกตจะไม่ถูกชาร์จทันที และในบางครั้งทรานซิสเตอร์จะทำงานในส่วนที่ไม่เชิงเส้นของคุณลักษณะที่มีความต้านทานช่องสัญญาณสูง ซึ่งนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทรานซิสเตอร์ขนาดใหญ่และความร้อนที่มากเกินไป นี่คือสิ่งที่เรียกว่าปรากฏการณ์มิลเลอร์

เพื่อให้ความจุเกตชาร์จอย่างรวดเร็วและทรานซิสเตอร์เปิด จำเป็นที่วงจรควบคุมของคุณจะต้องจ่ายกระแสชาร์จให้กับทรานซิสเตอร์ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ความจุเกตของทรานซิสเตอร์สามารถพบได้จากข้อมูลหนังสือเดินทางของผลิตภัณฑ์และเมื่อคำนวณคุณควรใช้ Cvx = Ciss

ตัวอย่างเช่น ลองใช้ทรานซิสเตอร์ MOSFET IRF740 มีลักษณะที่เราสนใจดังต่อไปนี้:

เวลาเปิดทำการ (Rise Time - Tr) = 27 (ns)

เวลาปิด (Fall Time - Tf) = 24 (ns)

ความจุอินพุต - Ciss = 1400 (pF)

เราคำนวณกระแสเปิดสูงสุดของทรานซิสเตอร์ดังนี้:

เรากำหนดกระแสปิดสูงสุดของทรานซิสเตอร์โดยใช้หลักการเดียวกัน:

เนื่องจากปกติเราใช้ไฟ 12 โวลต์ในการจ่ายไฟให้วงจรควบคุม เราจะหาตัวต้านทานจำกัดกระแสโดยใช้กฎของโอห์ม

นั่นคือตัวต้านทาน Rg=20 โอห์ม ตามมาตรฐานซีรีย์ E24

โปรดทราบว่าไม่สามารถควบคุมทรานซิสเตอร์ดังกล่าวได้โดยตรงจากคอนโทรลเลอร์ ฉันจะแนะนำว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่คอนโทรลเลอร์สามารถให้ได้จะอยู่ภายใน 5 โวลต์และ กระแสสูงสุดภายใน 50 มิลลิแอมป์ เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์จะโอเวอร์โหลด และทรานซิสเตอร์จะแสดงเอฟเฟกต์ Miller และวงจรของคุณจะล้มเหลวอย่างรวดเร็ว เนื่องจากบางคน ไม่ว่าจะเป็นตัวควบคุมหรือทรานซิสเตอร์ จะร้อนเกินไปก่อน
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกไดรเวอร์ที่เหมาะสม
ไดรเวอร์นี้เป็นเครื่องขยายกำลังแบบพัลส์และได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมสวิตช์ไฟ ไดรเวอร์สามารถเป็นคีย์บนและล่างแยกกัน หรือรวมเป็นโครงสร้างเดียวในไดรเวอร์คีย์บนและล่าง เช่น IR2110 หรือ IR2113
จากข้อมูลที่นำเสนอข้างต้น เราจำเป็นต้องเลือกไดรเวอร์ที่สามารถรักษากระแสเกตของทรานซิสเตอร์ Ig = 622 mA
ดังนั้นไดรเวอร์ IR2011 จึงเหมาะสำหรับเรา โดยสามารถรองรับกระแสเกต Ig = 1,000 mA ได้

นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าโหลดสูงสุดที่สวิตช์จะเปลี่ยนด้วย ในกรณีนี้จะเท่ากับ 200 โวลต์
ต่อไปมากๆ พารามิเตอร์ที่สำคัญคือความเร็วของการล็อค วิธีนี้จะช่วยลดการไหลของกระแสในวงจรพุชพูลดังแสดงในรูปด้านล่าง ทำให้เกิดการสูญเสียและความร้อนสูงเกินไป

หากคุณอ่านจุดเริ่มต้นของบทความอย่างละเอียดจากนั้นจากข้อมูลหนังสือเดินทางของทรานซิสเตอร์คุณจะเห็นว่าเวลาปิดควรน้อยกว่าเวลาเปิดดังนั้นกระแสไฟปิดจึงควรสูงกว่ากระแสไฟเปิดถ้า> อินฟราเรด เป็นไปได้ที่จะให้กระแสปิดที่มากขึ้นโดยการลดความต้านทาน Rg แต่กระแสไฟเปิดก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งจะส่งผลต่อขนาดของแรงดันไฟกระชากของสวิตช์เมื่อปิดเครื่อง ขึ้นอยู่กับอัตราการสลายตัวของกระแส di/dt จากมุมมองนี้ การเพิ่มความเร็วในการสลับเป็นส่วนใหญ่ ปัจจัยลบทำให้ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ลดลง

ในกรณีนี้ เราจะใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติอันน่าทึ่งของเซมิคอนดักเตอร์ในการส่งกระแสในทิศทางเดียว และติดตั้งไดโอดในวงจรเกตที่จะส่งกระแสปิดของทรานซิสเตอร์ If

ดังนั้น กระแสเกต Ir จะไหลผ่านตัวต้านทาน R1 และกระแสเกต If จะไหลผ่านไดโอด VD1 และเนื่องจากความต้านทานของจุดเชื่อมต่อ p-n ของไดโอดนั้นน้อยกว่าความต้านทานของตัวต้านทาน R1 มาก ดังนั้น If>Ir . เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟปิดไม่เกินค่าของมันให้เชื่อมต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมกับไดโอดซึ่งความต้านทานจะถูกกำหนดโดยการละเลยความต้านทานของไดโอดในสถานะเปิด

ลองใช้อันที่เล็กกว่าที่ใกล้ที่สุดจากซีรีย์มาตรฐาน E24 R2=16 โอห์ม

ตอนนี้เรามาดูกันว่าชื่อของไดรเวอร์คีย์บนและไดรเวอร์คีย์ล่างหมายถึงอะไร
เป็นที่ทราบกันดีว่าทรานซิสเตอร์ MOSFET และ IGBT ถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้า ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแหล่งกำเนิด (Gate-Source) Ugs
ปุ่มบนและปุ่มล่างคืออะไร? รูปด้านล่างแสดงแผนภาพของฮาล์ฟบริดจ์ โครงการนี้ประกอบด้วยคีย์บนและล่าง VT1 และ VT2 ตามลำดับ สวิตช์ด้านบน VT1 เชื่อมต่อโดยท่อระบายกับแหล่งจ่ายไฟ Vcc ที่เป็นบวก และเชื่อมต่อโดยแหล่งกำเนิดกับโหลด และต้องเปิดด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิด ปุ่มล่าง ท่อระบายน้ำเชื่อมต่อกับโหลด และแหล่งจ่ายไฟเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟลบ (กราวด์) และต้องเปิดโดยแรงดันไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับกราวด์

และหากทุกอย่างชัดเจนมากโดยใช้ปุ่มล่าง ให้ใช้ไฟ 12 โวลต์กับมัน - เปิดขึ้น ใช้ 0 โวลต์กับมัน - ปิด จากนั้นสำหรับคีย์บนคุณต้องมีวงจรพิเศษที่จะเปิดโดยสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิด ของทรานซิสเตอร์ โครงร่างนี้มีการใช้งานภายในไดรเวอร์แล้ว สิ่งที่เราต้องมีคือเพิ่มความจุบูสต์ C2 ให้กับไดรเวอร์ ซึ่งจะถูกชาร์จโดยแรงดันไฟฟ้าของไดรเวอร์ แต่จะสัมพันธ์กับแหล่งที่มาของทรานซิสเตอร์ ดังแสดงในรูปด้านล่าง ด้วยแรงดันไฟฟ้านี้เองที่ปุ่มบนสุดจะถูกปลดล็อค

วงจรนี้ใช้งานได้ค่อนข้างดี แต่การใช้ความจุบูสเตอร์ทำให้สามารถทำงานในช่วงแคบได้ ความจุนี้จะถูกชาร์จเมื่อเปิด ทรานซิสเตอร์ด้านล่างและต้องไม่ใหญ่เกินไปหากวงจรต้องทำงานที่ความถี่สูงและต้องไม่เล็กเกินไปเมื่อทำงานที่ ความถี่ต่ำ- นั่นคือด้วยการออกแบบนี้ เราไม่สามารถเปิดสวิตช์ด้านบนไว้ได้ตลอด โดยจะปิดทันทีหลังจากที่ตัวเก็บประจุ C2 หมดประจุ แต่หากเราใช้ความจุที่มากขึ้น ก็อาจไม่มีเวลาชาร์จใหม่ภายในช่วงการทำงานของทรานซิสเตอร์ครั้งถัดไป .
เราประสบปัญหานี้มากกว่าหนึ่งครั้งและบ่อยครั้งมากที่ต้องทดลองด้วยการเลือกความจุบูสเตอร์เมื่อเปลี่ยนความถี่การสลับหรืออัลกอริธึมการทำงานของวงจร ปัญหาได้รับการแก้ไขเมื่อเวลาผ่านไปและง่ายดายด้วยวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดและ "เกือบ" ถูก ขณะศึกษาข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับ DMC1500 เราเริ่มสนใจวัตถุประสงค์ของคอนเนคเตอร์ P8

เมื่ออ่านคู่มืออย่างละเอียดและเข้าใจวงจรของไดรฟ์ทั้งหมดอย่างถี่ถ้วนแล้วปรากฎว่านี่คือขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟแยกต่างหากที่แยกกระแสไฟฟ้า เราเชื่อมต่อลบของแหล่งจ่ายไฟเข้ากับแหล่งที่มาของสวิตช์ด้านบนและบวกกับอินพุตของไดรเวอร์ Vb และขาบวกของความจุบูสเตอร์ ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงถูกชาร์จอย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถเปิดคีย์ด้านบนค้างไว้ได้นานเท่าที่จำเป็น โดยไม่คำนึงถึงสถานะของคีย์ด้านล่าง การเพิ่มรูปแบบนี้ทำให้คุณสามารถใช้อัลกอริธึมการสลับคีย์ได้
สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับชาร์จความจุบูสเตอร์ได้ หม้อแปลงธรรมดาพร้อมวงจรเรียงกระแสและตัวกรอง และตัวแปลง DC-DC

ทรานซิสเตอร์สนามผล MOSFET อันทรงพลังนั้นดีสำหรับทุกคน ยกเว้นความแตกต่างเล็กน้อย - มักจะเป็นไปไม่ได้ที่จะเชื่อมต่อพวกมันเข้ากับพินของไมโครคอนโทรลเลอร์โดยตรง

นี่เป็นประการแรกเนื่องจากความจริงที่ว่า กระแสที่อนุญาตสำหรับพินไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นแทบจะไม่เกิน 20 mA และสำหรับมาก การสลับอย่างรวดเร็ว MOSFET (ที่มีส่วนหน้าที่ดี) เมื่อคุณต้องการชาร์จหรือคายประจุเกตอย่างรวดเร็ว (ซึ่งมีความจุอยู่บ้างเสมอ) ต้องใช้กระแสที่มีลำดับความสำคัญที่ใหญ่กว่า

และประการที่สองแหล่งจ่ายไฟของคอนโทรลเลอร์มักจะอยู่ที่ 3 หรือ 5 โวลต์ซึ่งโดยหลักการแล้วอนุญาตให้มีการควบคุมโดยตรงโดยคนงานภาคสนามกลุ่มเล็ก ๆ เท่านั้น (ซึ่งเรียกว่าระดับตรรกะ - ด้วย ระดับตรรกะการจัดการ). และเมื่อพิจารณาว่าโดยปกติแล้วแหล่งจ่ายไฟของตัวควบคุมและแหล่งจ่ายไฟไปยังส่วนที่เหลือของวงจรจะมีสายลบร่วม คลาสนี้จึงลดลงเฉพาะกับอุปกรณ์ฟิลด์ "ระดับลอจิก" N-channel เท่านั้น

หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาในสถานการณ์นี้คือการใช้ไมโครวงจรพิเศษ - ไดรเวอร์ซึ่งได้รับการออกแบบมาอย่างแม่นยำเพื่อดึงกระแสขนาดใหญ่ผ่านประตูสนาม อย่างไรก็ตามตัวเลือกนี้ไม่ได้มีข้อบกพร่อง ประการแรก ไดรเวอร์อาจไม่มีจำหน่ายในร้านค้าเสมอไป และประการที่สอง ไดรเวอร์มีราคาค่อนข้างแพง

ในเรื่องนี้ แนวคิดดังกล่าวเกิดขึ้นเพื่อสร้างไดรเวอร์แบบหลวมๆ ที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ซึ่งสามารถใช้เพื่อควบคุมอุปกรณ์ฟิลด์ทั้ง N-channel และ P-channel ในทุก ๆ วงจรไฟฟ้าแรงต่ำสมมติว่ามีโวลต์สูงถึง 20 โชคดีที่ฉันมีขยะอิเล็กทรอนิกส์หลายประเภทเช่นเดียวกับคนขี้ยาวิทยุจริงๆ ดังนั้นหลังจากการทดลองหลายครั้งรูปแบบนี้จึงเกิดขึ้น:

R 1 = 2.2 kOhm, R 2 = 100 โอห์ม, R 3 = 1.5 kOhm, R 4 = 47 โอห์ม
D 1 - ไดโอด 1N4148 (กระบอกแก้ว)
T 1, T 2, T 3 - ทรานซิสเตอร์ KST2222A (SOT-23, เครื่องหมาย 1P)
T 4 - ทรานซิสเตอร์ BC807 (SOT-23, เครื่องหมาย 5C)

ความจุระหว่าง Vcc และ Out เป็นสัญลักษณ์ของการเชื่อมต่อของสวิตช์ฟิลด์ P-channel ความจุระหว่าง Out และ Gnd เป็นสัญลักษณ์ของการเชื่อมต่อของสวิตช์ฟิลด์ N-channel (ความจุเกตของสวิตช์ฟิลด์เหล่านี้)

เส้นประแบ่งวงจรออกเป็นสองขั้นตอน (I และ II) ในกรณีนี้ สเตจแรกจะทำงานเป็นเพาเวอร์แอมป์ และสเตจที่สองทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์กระแสไฟ การทำงานของวงจรมีรายละเอียดอธิบายไว้ด้านล่าง

ดังนั้น. หากอินพุต In ปรากฏขึ้น ระดับสูงสัญญาณ จากนั้นทรานซิสเตอร์ T1 จะเปิด ทรานซิสเตอร์ T2 ปิด (เนื่องจากศักยภาพที่ฐานลดลงต่ำกว่าศักยภาพที่ตัวปล่อย) เป็นผลให้ทรานซิสเตอร์ T3 ปิดและทรานซิสเตอร์ T4 จะเปิดขึ้นและผ่านมันความจุเกตของสวิตช์ฟิลด์ที่เชื่อมต่อจะถูกชาร์จใหม่ (กระแสเบสของทรานซิสเตอร์ T4 ไหลไปตามเส้นทาง E T4 -> B T4 -> D1-> T1-> R2-> Gnd)

หากอินพุต In ปรากฏขึ้น ระดับต่ำสัญญาณจากนั้นทุกอย่างจะเกิดขึ้นในทางกลับกัน - ทรานซิสเตอร์ T1 ปิดลงซึ่งเป็นผลมาจากศักยภาพของฐานของทรานซิสเตอร์ T2 เพิ่มขึ้นและเปิดขึ้น สิ่งนี้จะทำให้ทรานซิสเตอร์ T3 เปิดและทรานซิสเตอร์ T4 ปิด ความจุเกตของสวิตช์ฟิลด์ที่เชื่อมต่ออยู่จะถูกชาร์จใหม่ผ่านทรานซิสเตอร์แบบเปิด T3 (กระแสเบสของทรานซิสเตอร์ T3 ไหลไปตามเส้นทาง Vcc->T2->R4->B T3 ->E T3)

โดยพื้นฐานแล้วเป็นเพียงคำอธิบายทั้งหมด แต่บางประเด็นอาจต้องมีคำอธิบายเพิ่มเติม

ก่อนอื่น ทรานซิสเตอร์ T2 และไดโอด D1 คืออะไรในระยะแรก? ทุกอย่างง่ายมากที่นี่ ไม่ใช่เพื่ออะไรที่ฉันเขียนไว้เหนือเส้นทางสำหรับการไหลของกระแสฐานของทรานซิสเตอร์เอาท์พุต รัฐที่แตกต่างกันแผนงาน มองดูพวกเขาอีกครั้งและจินตนาการว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าไม่มีทรานซิสเตอร์ T2 พร้อมสายรัด ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์ T4 จะถูกปลดล็อคโดยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ (หมายถึงกระแสพื้นฐานของทรานซิสเตอร์) ที่ไหลจากเอาท์พุตออกผ่าน T1 และ R2 แบบเปิด และทรานซิสเตอร์ T3 จะถูกปลดล็อคด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่ไหลผ่านตัวต้านทาน R3 ซึ่งจะส่งผลให้พัลส์เอาท์พุตมีขอบนำที่ยาวมาก

ประการที่สองหลายคนอาจจะสนใจว่าทำไมต้องใช้ตัวต้านทาน R2 และ R4 ฉันเสียบปลั๊กมันเพื่อจำกัดกระแสสูงสุดผ่านฐานของทรานซิสเตอร์เอาท์พุตอย่างน้อยเล็กน้อย และในที่สุดก็ทำให้ขอบนำและต่อท้ายของพัลส์เท่ากัน

อุปกรณ์ที่ประกอบแล้วมีลักษณะดังนี้:

เค้าโครงไดรเวอร์ถูกสร้างขึ้นสำหรับส่วนประกอบ SMD และในลักษณะที่สามารถเชื่อมต่อกับกระดานหลักของอุปกรณ์ได้อย่างง่ายดาย (ใน ตำแหน่งแนวตั้ง- นั่นคือบนกระดานหลักเราสามารถติดตั้งฮาล์ฟบริดจ์หรืออย่างอื่นได้และสิ่งที่เหลืออยู่ก็คือเสียบในแนวตั้งเข้ากับบอร์ดนี้ ในสถานที่ที่เหมาะสมบอร์ดไดรเวอร์

การเดินสายไฟมีลักษณะเฉพาะบางประการ เพื่อลดขนาดของบอร์ดลงอย่างมาก เราต้องกำหนดเส้นทางทรานซิสเตอร์ T4 "ไม่ถูกต้องเล็กน้อย" ก่อนที่จะบัดกรีเข้ากับบอร์ดคุณจะต้องคว่ำหน้าลง (ทำเครื่องหมาย) แล้วงอขาเข้า ด้านหลัง(ไปที่กระดาน)

อย่างที่คุณเห็นระยะเวลาของส่วนหน้านั้นแทบไม่ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าและมีค่ามากกว่า 100 ns เล็กน้อย ในความคิดของฉัน มันค่อนข้างดีสำหรับการออกแบบราคาประหยัด