Меню

Драйвер питания с защитами



От стандартных до мощных: новые драйверы транзисторов IR

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

Наименование Конфигурация Напряжение смещения, В Iвых+/Iвых-, А Tвкл/выкл (тип.), нс DeadTime, нс Особенности Корпус
IR25600SPBF Сдвоенный драйвер нижнего плеча 1,5/1,5 85/65 SOIC8
IR25601SPBF Полумостовой драйвер 600 0,06/0,13 220/220 100 UVLO SOIC8
IR25602SPBF Полумостовой драйвер 600 0,13/0,27 680/150 520 ShutDown, UVLO SOIC8
IR25603SPBF Автоколебательный полумостовой драйвер 600 0,18/0,26 1200 улучшенная ESD защита SOIC8
IR25604SPBF Драйвер верхнего и нижнего плечей 600 0,2/0,35 220/200 UVLO SOIC8
IR25606SPBF Полумостовой драйвер 600 0,2/0,35 220/200 540 UVLO SOIC8
IR25607SPBF Драйвер верхнего и нижнего плечей 600 2,0/2,0 120/94 ShutDown, UVLO SOIC16

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.

Читайте также:  Правильное питание детям занимающимся спортом

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:

  • расширенный диапазон напряжений питания – 5…24 В;
  • функция защиты от пониженного напряжения. Эта функция особенно важна при холодном пуске двигателя, при котором возможна значительная просадка напряжения бортовой сети;
  • улучшенная защита от статики. Все выводы снабжены двумя дополнительными защитными диодами, подключенными к линиям питания. Между линиями питания имеется ограничительный диод на 24 В. Входные линии EN, INA, INB также защищены внутренними TVS-диодами;
  • расширенный диапазон рабочих температур составляет -40…125°С;
  • улучшенный теплоотвод. Микросхема выполняется в корпусе PSOIC8N с дополнительной теплоотводящей площадкой. Кристалл драйвера расположен непосредственно на этой площадке, что позволяет, с одной стороны, улучшить теплоотвод, с другой – увеличить допустимые значения выходных токов. При монтаже данная площадка должна либо припаиваться к поверхности печатной платы, либо ставиться на термопасту или другие теплопроводящие материалы.

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.

Читайте также:  Самые малокалорийные продукты питания

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.
Читайте также:  Детское питание по часам 1 год

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

Документация на компоненты с официального сайта http://www.irf.com/.

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.

Источник