Как рассчитать частоту для драйвера ir
- Интересно, а что можно увидеть, если низе́нько пролететь над глухим бурятским селением тарбагатайского района, вооружившись комплексом радиолокационного наблюдения?
- Что, что? Узкораспахнутые глаза нескольких офонаревших финно-угров, а так же электромагнитную мешанину помех в полосе частот 1. 100 МГц.
Железный конь пришёл на смену крестьянской лошадке! Энергосберегающие лампы, телевизоры, компьютеры, зарядные устройства и прочий хай-тек с импульсными источниками питания - на смену лампочке Ильича!
Вот и приходится бедолаге-радиолюбителю уживаться с разномастными ИБП, излучающими в эфир интенсивный высокочастотный шлак во всех КВ-диапазонах.
А что тут попишешь? Прогресс как-никак. технологичность, блин. массогабариты, мать их за ногу.
И чтобы не застрять на обочине инновационного пути, поклонимся и припадём к импульсным блокам питания и мы. А начнём с двуполярного импульсного источника для мощного усилителя мощности.
Что нужно правильному ИПБ для комфортного выполнения своих непосредственных обязанностей?
1. Мягкий, он же плавный, пуск при включении импульсного блока питания, предотвращающий превышение допустимых токов полупроводников от работы на фактически короткозамкнутую нагрузку, образующуюся вследствие мгновенного заряда ёмкостей выпрямителя.
Часто используемые для этих целей термисторы не так уж и хороши, в силу инерционной зависимости изменения сопротивления от температуры. Результат - кирдык блоку питания из-за того, что просто выключили и тут же включили БП тумблером.
2. Правильная и быстрая защита ИБП от токовых перегрузок и КЗ, полностью отключающая устройство от сети при возникновении нештатных ситуаций.
Распространённое шунтирование на землю точки питания микросхемы-драйвера, управляющего ключевыми транзисторами, может выручить далеко не во всех ситуациях. Слабым звеном здесь оказывается наличие электролитического конденсатора в цепи питания, приводящего к существенной задержке такого обесточивания микросхемы со всеми вытекающими невесёлыми последствиями.
3. Наличие входных и выходных LC-фильтров для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть и нагрузку.
4. Компактность, надёжность и радующая глаз простота исполнения.
Тезисы оформлены без нарушений требований, переходим к схеме электрической принципиальной импульсного блока питания.
Начнём со схемы (Рис.1), обеспечивающей мягкий и плавный пуск ИБП. Она же является устройством защиты импульсного блока питания от токовых перегрузок и КЗ, она же содержит элементы, предотвращающие проникновение импульсных помех в питающую сеть, она же формирует необходимые постоянные напряжения, необходимые для работы драйвера и ключевых транзисторов.
- Так, а что там, собственно-то, осталось? С гулькин хрен! Надо ж было сразу всё рисовать, а не размножать всякие писульки! - резонно зафиксирует мысль подготовленный радиолюбитель.
Торопиться не надо!
Во-первых, приведённая схема сгодится не только для преобразователей, собранных на IR2153, но и для любых других устройств, независимо от используемой элементной базы. Низковольтное напряжение (15В) может быть выбрано любой величины, посредством замены D2 на стабилитрон с соответствующим напряжением пробоя.
Во-вторых, даже при изготовлении источника питания на заявленной в заголовке микросхеме IR2153, имеет серьёзный резон сначала собрать приблуду, приведённую на Рис.1, десяток раз проверить соответствие принципиальной схеме, прозвонить тестером на отсутствие КЗ между дорожками платы, далее, подключившись к сети, убедиться в наличии работоспособности, а затем уже продолжать все дальнейшие манипуляции.
Настройки схема не требует, при отсутствии ошибок сразу запашет как зверь!
А вот теперь можно повеселиться по полной программе! Любые дефективные двигания шаловливыми ручонками при сборке преобразователя, ключевых транзисторов и импульсного трансформатора будут моментально зафиксированы устройством защиты и не приведут к каким-либо серьёзным последствиям для элементов схемы. Ручонки могут пострадать, элементы - вряд ли!
Как это всё работает?
Переключатель S1 - это тумблер без фиксации, алгоритм работы (on)-off-(on), количество контактных групп - 2.
В момент перевода тумблера в состояние "вкл" через сопротивление R1 и двухполупериодный выпрямитель Br1 начинается заряд входного сглаживающего конденсатора C3.
Номинал резистора выбран такой величины, чтобы максимальный импульсный ток, протекающий через элементы в начальный момент включения, не превышал 10А.
По мере заряда конденсатора увеличивается и ток через последовательную цепочку R2, LED1, Ref1, D2. Через несколько десятков миллисекунд этот ток достигает значения, достаточного для включения реле Ref1. После включения реле, его контакты К1 замыкают и R1, и контакты тумблера. Всё - плавный пуск импульсного блока питания завершён, светодиод горит, можно отпускать пипку переключателя.
Выключение блока питания у нас завязано на схеме защиты, реализованной на транзисторах Т1, Т2, включённых по схеме эквивалента тиристора. Какой должна быть эта схема для предотвращения ложных срабатываний, мы подробно рассмотрели на странице Ссылка на страницу .
Схема обладает небольшим и предсказуемым током включения (около 100мкА), что позволяет отказаться от построечных резисторов при выборе необходимого порога срабатывания. Величина сопротивления R=R6IIR7 выбирается исходя из формулы R=0,77/Iср, т.е. в нашем случае Iср=0,77/0,5=1,54А.
Механизмы выключения ИБП - что при нажатии кнопки S1 в положение "выкл", что при срабатывании защиты абсолютно идентичны. Под воздействием напряжения, превышающем пороговый уровень на переходе база-эмиттер транзистора Т1, аналог тиристора переходит в проводящее состояние, верхний вывод реле замыкается на нулевую точку, реле отщёлкивается, блок питания от сети полностью отключается.
П-образный фильтр С1, Др1, С2 служит для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Я использовал готовый 2х2.2мГн, 2A фирмы Epcos, позволяющий работать с мощностями до 600Вт. Если не влом заняться самообразованием, то можно намотать синфазный дроссель и самостоятельно на ферритовых кольцах с высокой магнитной проницаемостью.
Диодный мост должен быть рассчитан на постоянное обратное напряжение не менее 400В, у меня под рукой оказалась радиодеталь с большим запасом по мощности - BR1004 на 10А.
Реле должно выдерживать необходимый максимальный коммутируемый ток и не гнушаться работой с сетевым напряжением. Ток срабатывания не должен превышать 20мА, как правило в документации такие реле называются - High Sensitive. У меня выбор пал на NRP05-A-12D, 12V / 5A, 250VAC.
Ограничений по максимальной мощности импульсного блока питания у приведённой схемы защиты и плавного пуска - нет. Естественным образом следует озаботиться выбором элементов Др1 и Br1, соответствующих максимальным токам, гуляющим по высоковольтным цепях устройства.
Принято считать, что минимальная величина ёмкости электролитического конденсатора С3 должна составлять 100МкФ на каждые 100Вт мощности. Увеличение этого значения в 1,5 - 2 раза, пойдёт только на пользу характеристикам ИБП, хотя и излишний фанатизм не приветствуется во избежание чрезмерного увеличения массогабаритных характеристик.
Стабилитрон D1 я пририсовал на схеме на всякий пожарный уже в процессе написания статьи для исключения возможного включения реле обратным напряжением, накопленным на С4 в момент срабатывания транзисторной защёлки. В оригинале всё прекрасно работает и без него!
Что-то, как-то слишком многословно получилось.
«Краткость есть душа ума. ». Ну да ладно, продолжим разговор на следующей странице.
Перенесу-ка я сюда схему устройства мягкого пуска и защиты импульсника с предыдущей страницы.
Фактически, основной фрагмент импульсного блока питания (Рис.2), состоящий из самотактируемого полумостового драйвера, управляющего мощными полевыми транзисторами, самих транзисторов и импульсного трансформатора - издавна уже обрёл привычные очертания, отработан до мелочей и радует счастливые взоры радиолюбителей предсказуемым поведением и весьма приличными характеристиками.
Приведённая схема импульсного источника питания позволяет снимать с блока максимальную мощность до 300Вт.
Дополнительные резисторы R9 и R10 введены для устранения сквозных токов через транзисторные ключи в начальный момент включения блока питания (до тех пор, пока напряжение питания микросхемы DA1 не достигнет рабочих значений).
Большинство схемотехнических решений ИПБ на IR2153, представленных в сети, не учитывают простой рекомендации производителя микросхемы по выбору номиналов данных элементов, а именно:
Timing resistor value (Min) - 10 kΩ, CT pin capacitor value (Min) - 330 pF.
Для удобства приведу простой калькулятор по расчёту частотозадающих элементов IR2153.
И с другими вводными - частота IR2153 с учётом имеющихся у Вас деталей.
На страшилки по поводу опасности несущественного отклонения рабочей частоты от расчётной, как то: насыщение феррита, снижение КПД и т.д. и т.п. - не следует обращать никакого внимания. Прекрасно Ваш феррит переживёт подобные отклонения, вплоть до 10-15% изменения частоты преобразователя, без всяких последствий для собственного здоровья.
Теперь о намотке трансформатора Tr1.
Парой слов здесь ограничиться не удастся, потому как именно импульсный трансформатор назначен главным ответственным за показатели ИБП.
Собственно, исходя из этих соображений, мы и посвятили целую статью расчётам и намотке трансформатора на тороидальном ферритовом сердечнике для данного блока с возможностью выбора желаемого диапазона мощностей - Ссылка на страницу.
Плавно переходим к снабберной цепочке R8, С9. Снаббер – это демпфирующее устройство, которое выполняет действие по замыканию на себе токов переходных процессов. Устройство предназначено для подавления индуктивных выбросов, которые появляются при переключении коммутационных полупроводников и способствует снижению величины нагрева обмоток трансформатора и силовых транзисторов.
В теории, существуют методики расчёта снабберных цепей. На практике - а не пошли бы они лесом, уж очень много различных параметров необходимо учитывать для получения корректного результата. К тому же достаточно велика вероятность того, что данная цепочка вообще не понадобится в транзисторно-трансформаторном хозяйстве.
Для проверки этого предчувствия следует к выходу ИПБ подключить нагрузку, обеспечивающую его работу при 10% мощности от максимальной, и поочерёдно ткнувшись пальцем в импульсный трансформатор и радиатор выходных транзисторов, убедиться, что температура данных элементов не превышает 30-40 градусов.
Если это так, то про снабберную цепочку забываем, если не повезло - начинаем юзать снаббер, начиная со значения ёмкости конденсатора С9 200пФ и постепенно повышая её до тех пор, пока не будет получен устойчивый положительный результат. Естественным делом данный конденсатор обязан быть высоковольтным.
Выходной выпрямитель особенностей не имеет, П-образные фильтры C5,L1,C9 и C6,L2,C11 необходимы для предотвращения попадания высокочастотных помех в нагрузку, электролиты С10 и С12 борются с сетевыми 50-ти герцовыми пульсациями. Дроссели L1 и L2 номиналом 10-20 мкГн, должны быть рассчитаны на максимальный ток нагрузки, и могут быть как покупными, так и самостоятельно намотанными на силовых ферритах.
Радиатор для ключевых транзисторов Т1, Т2 для схемы, приведённой на Рис.2, должен рассчитываться исходя мощности рассеивания 3-5Вт и в простейшем случае может представлять из себя алюминиевую или медную пластину площадью 40-50 см 2 .
При необходимости радикально увеличить мощность блока питания вплоть до 1000 Вт имеет смысл воспользоваться ещё одной расхожей схемой ИБП с использованием более мощных полевых транзисторов (Рис.3).
Поскольку выходным драйверам IR2153 сложновато прокачать значительные ёмкости Сзи могучих полевиков, в схему добавлены двухтактные эмиттерные повторители на транзисторах Т1-Т4, во всём остальном схема повторяет свой менее мощный аналог, приведённый на Рис.2.
Значения ёмкостей конденсаторов С3, С4 приведены для мощности ИБП 500Вт, для 1000Вт их номиналы следует увеличить в 2 раза.
Пропорционально росту мощности ИПБ в соответствующее количество раз нужно увеличивать и размер радиатора полевых транзисторов.
Расчёт трансформатора произведём всё на той же странице - Ссылка на страницу.
Ну а на следующей странице с головой окунёмся в культработу над мощным лабораторным блоком питания с регулируемым выходным напряжением.
Светодиодная лампа постепенно, но уверенно приходит на смену люминесцентной лампе, которая сама, казалось бы, ещё совсем недавно заместила собой повсеместно употребляемую "лампочку Ильича".
К основным преимуществам светодиодных источников света относятся: высокая экономичность, моментальный выход на рабочий режим, отсутствие содержания паров ртути, а также излучения ультрафиолета после выгорания люминофора внутри колбы.
Довольно часто драйверы для питания светодиодов от сети базируются на использовании специализированных микросхем и импульсных трансформаторов.
Однако значительно более простые и дешёвые балластные драйверы также имеют у производителей заслуженную популярность и, похоже, пока не собираются сдавать своих позиций.
Для примера на Рис.1 приведены схемы двух фабричных драйверов для линейки последовательно включённых светодиодов. Подобные схемы, как правило, практически идентичны, за исключением, разве что некоторых нюансов.
Рис.1 Схемы сетевых драйверов для светодиодных ламп, продаваемых на Алиэкспресс
Драйверы для светодиодных ламп, изготавливаемых нашими китайскими коллегами, не являются образцом показательной безупречности. Они зачастую выдают ток более высокий, чем необходимо для используемого типа светодиодов, что неизбежно приводит к сокращению срока службы изделия. Однако главным их недостатком является коэффициент пульсаций освещённости, который, как правило, превышает 40% и даже близко не укладывается в требования СНиП (от 10 до 20% в зависимости от предназначения помещения).
Так что давайте изобразим немного откорректированную схему балластного драйвера для питания светодиодов, а также онлайн калькулятор для корректного расчёта номиналов его элементов.
Рис.2 Схема сетевого балластного драйвера для светодиодных ламп и светильников
Конденсатор С1 для переменного тока представляет собой реактивное и не потребляющее энергию сопротивление Хс, величина которого определяется по формуле: XC = 1 / (2πFC) , где F – частота сети (50 Гц), а С – ёмкость конденсатора С1. Именно величина ёмкости этого конденсатора (при соответствующем выборе номиналов резисторов) оказывает основное влияние на ток, протекающий через светодиоды.
Резистор R1 предназначен для разрядки конденсатора С1 после отключения драйвера от сети, а R2 – для ограничения импульсного броска тока при включении. Этот резистор повышает надёжность драйвера, так как в начальный момент подачи напряжения конденсаторы представляют собой практически КЗ, и токи через диоды выпрямительного моста могут превысить допустимые значения. Номинал резистора R2 оптимально выбрать исходя из величины: R2 ≈ 0,025XC1 .
Такого же номинала выберем и резистор R4, предназначенный для снижения пульсаций напряжения на светодиодах. От этих резисторов также зависит ток, протекающий через светодиоды, однако при таких относительно низких номиналах их влияние будет несущественным.
Для достижения приемлемого по требованиям СНиП коэффициента пульсаций, ёмкость конденсатора С2 необходимо выбрать, исходя из соотношения: C2 = 20*C1 .
В разнообразных источниках приводится одна и та же формула, определяющая ток через линейку светодиодов в зависимости от номиналов элементов драйвера: ILed = (220 - ULed) / XC1 .
Эта формула верна исключительно при отсутствии сглаживающего конденсатора С2, однако в случае его наличия, даёт приемлемую точность исключительно при низких величинах ULed, в то время как при ULed > 100 В, погрешность расчёта может превышать 50%.
Поэтому приведём откорректированную формулу, лишённую этого недостатка, а заодно учитывающую влияние резисторов R2 и R4: ILed ≈ (220 - ULed/1.41) / (XC1 + R2 + R4) .
А теперь обещанный онлайн калькулятор:
РАСЧЁТ СЕТЕВОГО (220 В) БЕСТРАНСФОРМАТОРНОГО ДРАЙВЕРА ДЛЯ СВЕТОДИОДОВ
ULed – это сумма падений напряжений на каждом из светодиодов при заданном токе.
ILed – это ток, который не должен превышать, а ещё лучше – быть процентов на 15. 20 меньше, чем максимально допустимый постоянный ток, приведённый в характеристиках светодиода.
Все конденсаторы и выпрямительные диоды должны быть рассчитаны на напряжение – не менее 400 вольт.
Микросхема IR2153 - самотактируемый драйвер, который разрабатывался специально для работы в балластах энергосберегающих ламп. Она имеет очень малое токопотребление и может питаться через ограничительный резистор.
Микросхема, активно применяется не только в схема сетевых ИБП, но и в самодельных преобразователях напряжения. Схема такого преобразователя напряжения приведена ниже. Конструкция проста и может быть легко повторена радиолюбителями.
В схеме использованы мощные N-канальные полевые ключи серии IRFZ44, хотя для повышения мощности ПН можно использовать более мощные полевые транзисторы IRF3205.
Трансформатор - сердечник был использован от импульсного блока питания для галогенных ламп 12 вольт. Все штатные обмотки убраны, на их место намотал новые. Таким образом, первичная обмотка содержит 2х5 витков, провод с диаметром 1-1,5мм. Для более удобной намотки я использовал 6 жил более тонкого провода (диаметр каждой жилы 0,3мм), т.е. общий диаметр получается 1,8мм.
Вторичная обмотка (повышающая) мотается поверх первичной. Заранее первичную обмотку изолируют 10-ю слоями прозрачного скотча. Обмотка содержит 85-90 витков, провод с диаметром 0,2мм, ставить межслойные изоляции не нужно.
В моем случае ПН был изготовлен для питания ламп дневного освещения, поэтому вторичная обмотка трансформатора содержит 145 витков.
Транзисторы через изолирующие прокладки нужно установить на теплоотвод. В качестве нагрузки использовалась, лампа дневного освещения на 40 ватт и тепловыделение на транзисторах было норме. Максимальная мощность ПН достигает до 80 ватт, при этом схема будет потреблять до 11-12 Ампер.
Ассортимент драйверов производства компании International Rectifier – одного из лидеров в области разработки и производства драйверов силовых транзисторов – расширился. Среди новинок – семейство бюджетных драйверов IR2560xS, мощный драйвер AUIRB24427S для автомобильной электроники и миниатюрная микросхема измерения тока IR25750L.
Управление силовыми MOSFET или IGBT-транзисторами является достаточно сложной задачей, особенно при относительно высоких частотах (десятки килогерц). Некоторые разработчики предпочитают использовать схемы управления, построенные на дискретных компонентах, но подавляющее большинство справедливо считает, что наиболее оптимальным решением является использование специализированных драйверов.
Компания International Rectifier предлагает широчайший выбор драйверов силовых транзисторов различной конфигурации:
- одноканальные и двухканальные драйверы нижнего плеча;
- одноканальные и двухканальные драйверы верхнего плеча;
- двухканальные драйверы верхнего и нижнего плеча;
- двухканальные полумостовые драйверы верхнего и нижнего плеча с защитой от одновременного включения и «мертвым временем» (DeadTime);
- шести- и семиканальные драйверы для управления трехфазным инвертором в составе электропривода;
Таким образом, разработчик может построить законченную силовую схему, используя только продукцию International Rectifier – силовые ключи (MOSFET или IGBT) и драйверы для управления ими. Ассортимент драйверов компании постоянно расширяется. В 2014 году наиболее интересными новыми решениями стали:
- семейство двухканальных драйверов общего назначения IR2560xS в корпусах SOIC;
- мощный двухканальный драйвер AUIRB24427S для автомобильной электроники;
- микросхема измерения тока IR25750L в миниатюрном корпусе SOT-23-5.
Семейство IR2560xSPBF
Новое семейство бюджетных двухканальных драйверов IR2560xS на 600 В выпускается в привычном корпусе SOIC8. Сейчас оно насчитывает шесть представителей (рисунок 1, таблица 1).
Рис. 1. Новые драйверы семейства IR2560xS и типовые схемы их включения
Таблица 1. Параметры драйверов семейства IR2560xS
IR25600SPBF – сдвоенный драйвер нижнего плеча. Имеет наибольшее значение выходных токов и наименьшую задержку включения по сравнению с другими представителями семейства.
IR25601SPBF – полумостовой драйвер. Имеет наименьшее значение выходных токов и достаточно большие задержки включения. В драйвер интегрирована логика защиты от одновременного включения силовых транзисторов и DeadTime 100 нс. Одним из основных преимуществ данного изделия является его низкая цена.
IR25602SPBF – полумостовой драйвер. Имеет один вход для управления двумя выходными каналами. Выходной канал верхнего плеча работает в фазе со входным сигналом, в то время как канал нижнего плеча работает в противофазе с дополнительной задержкой DeadTime 520 нс. Особенностью данной микросхемы является наличие входа SD (ShutDown). При его активном низком уровне работа обоих выходных каналов запрещена. IR25603SPBF – автоколебательный полумостовой драйвер, предназначенный для автономного управления полумостовой схемой. Частота коммутаций задается внешней R-C-цепочкой, а типовое значение DeadTime составляет 1,2 мкс.
IR25604SPBF – драйвер верхнего и нижнего плечей. Схема включения данной микросхемы совпадает со схемами включения перечисленных выше полумостовых драйверов. Однако имеется важное отличие в логике работы: микросхема предназначена для работы с независимыми силовыми транзисторами. По этой причине внутренний модуль, запрещающий одновременное включение, в микросхеме отсутствует. Транзисторы могут работать как в фазе, так и в противофазе.
IR25606SPBF – полумостовой драйвер. По сравнению с IR25601SPBF, данный драйвер может работать с более мощными транзисторами. Для этого были увеличены значения выходных токов и значение DeadTime.
IR25607SPBF – драйвер верхнего и нижнего плечей, который можно с успехом применять в связке с мощными транзисторами – выходной ток этого драйвера составляет 2 А, что позволяет эффективно переключать транзисторы, имеющие высокие емкости затвора.
Микросхемы не требуют дополнительного источника питания – питающее напряжение 15,8 В задается интегрированным стабилитроном. Ток через стабилитрон ограничивается внешним последовательным резистором, подключенным к общей положительной шине питания с напряжением до 600 В.
Новый мощный драйвер AUIRB24427S
Новый двухканальный драйвер силовых транзисторов нижнего плеча AUIRB24427S представляет собой достаточно мощное изделие (рисунок 2) – значение выходных токов обоих каналов составляет 6 А.
Рис. 2. Типовая схема включения двухканального драйвера AUIRB24427S
Выходное сопротивление каналов достаточно мало и составляет 0,65 мОм. Высокие значения выходных токов и малое выходное сопротивление практически снимают ограничения на величину затворных емкостей используемых транзисторов.
Драйвер предназначен для работы в составе автомобильной электроники. По этой причине микросхема имеет ряд важных достоинств:
AUIRB24427S может использоваться не только для прямого управления транзисторами, но и для управления с трансформаторным включением. Стоит отметить, что AUIRB24427S может применяться как в автомобильной электронике, так и в составе промышленного и железнодорожного оборудования.
Микросхема измерения тока транзистора IR25750LTRPBF
Новая микросхема IR25750L позволяет определять значение тока силовых транзисторов. При этом схема не требует резистивных шунтов (рисунок 3), что позволяет избежать дополнительных потерь мощности и повысить общую эффективность системы.
Рис. 3. Схема включения и рабочие диаграммы IR25750L
Микросхема IR25750L дает возможность измерять напряжение «сток-исток» (в случае MOSFET) или напряжение «коллектор-эмиттер» (в случае IGBT) в цепях с напряжениями до 600 В (рисунок 3). Данная микросхема не требует дополнительного напряжения питания. В качестве питающего сигнала используется низковольтный управляющий сигнал затвора силового транзистора. Выходной сигнал снимается с вывода CS в период включенного состояния силового транзистора.
Рассмотрим работу микросхемы более подробно.
Внутренняя структура микросхемы содержит несколько основных блоков (рисунок 4): высоковольтный транзистор (HVFET), времязадающую RDC-цепочку (R1, C1, D1), шунтирующий транзистор Q1, резисторные делители и фильтрующие цепочки.
Рис. 4. Внутренняя структура IR25750L
В фазе управления, когда драйвер силового ключа формирует низкое выходное напряжение, силовой транзистор M1 закрыт. На выводе GATE присутствует напряжение общей шины COM (0 В). Транзистор HVFET закрыт, ключ Q1 открыт. Выход CS оказывается подтянутым к COM (0 В).
Так как HVFET закрыт, то любое внешнее напряжение, вплоть до 600 В, оказывается изолированным от низковольтных цепей выводов CS и GATE. Эти выводы могут быть подключены напрямую к измерительным схемам или микроконтроллеру.
В фазе, когда драйвер формирует открывающий сигнал, на выводе GATE и на затворе M1 появляется положительное напряжение. Uси транзистора M1 начинает уменьшаться до значения насыщения Uси(вкл). Цепочка R1-C1 формирует временную задержку длительностью около 200 нс, после чего происходит открытие HVFET. Транзистор Q1 закрывается. В результате напряжение на выводе CS оказывается пропорциональным напряжению Uси.
Коэффициент пропорциональности между напряжением Uси внешнего силового ключа и выходным сигналом на выводе CS определяется резистивным делителем, образованным резистором 1 кОм, собственным сопротивлением HVFET (около 200 Ом) и резистором 50 кОм. Типовое значение коэффициента пропорциональности составляет 50…51,2. Фильтрующая цепочка (10 пФ, 5 кОм) призвана снижать влияние возможных высокочастотных помех.
Важно отметить, что для того, чтобы избежать повреждения, IR25750L должна включаться только после начала открытия транзистора М1. По этой причине вывод GATE подключается после резистора Rg.
Когда транзистор M1 закрывается, напряжение затвора HVFET быстро уменьшается за счет разряда С1 через диод D1. HVFET закрывается, а Q1 открывается. Таким образом, сигнал на выходе CS повторяет по форме напряжение Uси ключа M1. Если используется коммутация неиндуктивной нагрузки, это напряжение совпадает по форме с током через ключ. При этом формы сигналов токов и напряжений аналогичны тем, которые получаются при использовании шунтовой измерительной схемы.
Дополнительным преимуществом IR25750L является возможность определения выхода силового IGBT-ключа из насыщения.
Подводя итог, следует отметить следующие особенности IR25750:
- возможность измерения напряжения «сток-исток» (в случае MOSFET) или напряжение «коллектор-эмиттер» (в случае IGBT);
- работа с напряжениями до 600 В;
- отсутствие необходимости в дополнительном источнике питания;
- отсутствие необходимости шунтового резистора;
- миниатюрный корпус SOT-23-5;
- наличие встроенной ESD-защиты;
- наличие дополнительных ограничительных диодов 20,8 В на выводах GATE и CS.
Микросхема может использоваться в схемах защиты от перегрузок по току, в приводах электродвигателей, в приборах промышленной автоматизации.
Заключение
Новое семейство двухканальных драйверов IR2560xS не обладает рекордными параметрами выходных токов, но отличается низкой ценой и широким выбором доступных конфигураций. Микросхемы выпускаются в привычном корпусе SOIC8.
Мощный двухканальный драйвер транзисторов нижнего плеча AUIRB24427S имеет высокие показатели выходных токов – до 6 А, и предназначен для автомобильной электроники. Микросхема отличается улучшенными показателями теплоотвода, расширенным диапазоном рабочих температур и высокой стойкостью к внешним помехам.
Новая микросхема измерения тока IR25750L позволяет отказаться от использования шунтовых резисторов. Данная ИС измеряет не ток, а падение напряжения на транзисторе, что может оказаться достаточно важной особенностью, позволяющей определять выход IGBT из состояния насыщения. Микросхема IR25750L выпускается в миниатюрном корпусе SOT-23-5 и не требует наличия дополнительного напряжения питания.
Литература
AUIR331x – семейство автомобильных ключей с функцией измерения тока нагрузки и программируемой токовой защитой
AUIR331x – это семейство защищенных ключей верхнего плеча производства компании International Rectifier, обеспечивающих точное измерение тока нагрузки. Они имеют программируемую защиту по току и предназначены для применения в автомобильной технике. Ключи этого семейства увеличивают надежность систем интеллектуального управления зажиганием, вспомогательных нагревателей с положительным температурным коэффициентом (PTC), систем принудительного воздушного охлаждения двигателя и вентиляции салона.
Точность измерения тока позволяет прецизионно контролировать ток нагрузки для обеспечения возможности дополнительной диагностики состояния системы с помощью внешнего микроконтроллера. Классическими примерами подобной диагностики могут служить определение обрыва нагрузки, опережающее предупреждение перегрузки или обнаружение заклинивания двигателя вентилятора. Некоторые из ключей, например AUIR3316S, обеспечивают работу устройства на низких частотах, что позволяет уменьшить ЭМИ.
Семейство AUIR331x реализует все механизмы защиты, требуемые для обеспечения безопасной и надежной работы автомобильных систем с постоянным током до 30 А и пиковым – до 90 А. Ключи этого семейства имеют встроенную температурную защиту, а также защиту по току для обеспечения функционирования устройства в условиях повторяющегося короткого замыкания, что соответствует требованиями автомобильного стандарта AEC Q100-012. Уровень защиты по току программируется с помощью внешнего резистора в широком диапазоне, что позволяет оптимизировать систему под требования нагрузки в конкретном применении.
Дополнительный механизм защиты от обратного включения батареи (Reverse Battery Condition) открывает выходной транзистор, обеспечивая прохождения тока через канал транзистора в обход антипараллельного диода. Это позволяет избежать проблем с чрезмерным выделением тепла и температурных перегрузок ключа. Дополнительные функции, такие как защита от электростатического пробоя или встроенная система Active Clamp, гарантируют защиту системы и безопасность работы в жестких условиях эксплуатации.
При производстве все ключи семейства AUIR331x проходят абсолютный визуальный контроль качества кристаллов, а также ряд динамических и статических тестов, согласно требованиям компании International Rectifier к тестированию компонентов для автомобильного применения и стратегии Zero Defects. Микросхемы семейства изготовлены по бессвинцовой технологии и соответствуют требованиям директивы RoHS.
Читайте также: