Микросхемы для построения преобразовательной техники небольшой мощности

August 12, 2013 by admin Комментировать »

Обратимся теперь к другим зарубежным фирмам, выпускающим драйверные микросхемы для построения преобразовательной техники небольшой мощности. Фирма «ONSemiconductor» [28] представлена на рынке силовой электроники линейкой драйверов в интегральном

исполнении. По мнению автора книги, наиболее интересными типономиналами из этого рада являются MC33153 (одиночный драйвер IGBT транзистора) и MC33152 (высокоскоростной сдвоенный драйвер транзисторов MOSFET). Рассмотрим их подробнее.

Структурная схема драйвера одиночного IGBT транзистора (single IGBT gate driver) типа MC33153 приведена на рис. 2.3.12. Микросхема выпускается в 8-выводном корпусе типа DIP-8 или SOIC-8, обеспечивая ток управления транзистором при его открывании 1 А, а при закрывании — 2 А. Номинальное напряжение питания — 15 В. Задержка выходного управляющего сигнала при переходе его из низкого состояния в высокое и обратно — 300 нс.

Управляющий вход микросхемы — вывод 4, схема выходного каскада драйвера подключена к выводу 5. Кроме этого, в составе драйвера имеется ряд устройств, обеспечивающих защиту силового транзистора от аварийных режимов. Во-первых, это устройство токовой защиты (вывод 1 — current sense input, вывод 2 — kelvin GND). Во-вторых, — устройство контроля состояния насыщения транзистора (вывод 8 — fault blanking/desaturation input). Предусмотрен также выходной сигнал, с помощью которого можно определить возникновение аварийного состояния силового транзистора и вывести его на устройство сигнализации или диагностики (вывод 7 — fault output). Встроенное устройство контроля напряжения питания (underground lockout) отключает драйвер при снижении напряжения питания ниже 11 В.

На рис. 2.3.13 показан вариант применения драйвера с использованием функции контроля насыщения IGBT транзистора в открытом состоянии. В целях обеспечения помехоустойчивости в схему введен конденсатор CbIank небольшой емкости. Вывод управления и диагностиче-

Рис. 2.3.14. Использование сигнала «current sense»

ский вывод гальванически развязаны со схемой драйвера оптронными схемами.

Тем не менее, более точным методом диагностирования токовой перегрузки IGBT транзистора является использование «кельвин-вывода». К сожалению, далеко не все силовые приборы имеют такой дополнительный диагностический вывод (мы об этом говорили). Цепь

передачи токового сигнала в данном случае — это резистивный шунт и сглаживающий RC-фильтр.

Вторая интересная драйверная микросхема, выпускаемая фирмой «ONSemiconductor», — MC33152. Ее структурная схема приведена на рис. 2.3.15. Два идентичных канала драйвера обеспечивают ток управления силовыми транзисторами до 1,5 А. задержка управляющего сигнала при переключении составляет 120 нс. К сожалению, данная микросхема имеет ограниченные сервисные защитные функции, отслеживая только напряжение питания.

На рис. 2.3.16 показан вариант применения драйвера MC33152 совместно с известной микросхемой ШИМ-контроллера типа TL494 (TL594) для построения пуш-пульного двухтактного высокочастотного преобразователя.

Второй метод обеспечения гальванической развязки сигналов управления «верхнего» и «нижнего» плечей полумостовых силовых схем — оптический. Этот метод не слишком подходит для управления высокочастотными силовыми схемами на основе транзисторов MOSFET с частотами преобразования 100 кГц и выше, но с успехом

применяется на частотах 10…50 кГц, то есть при использовании в качестве ключевых силовых элементов транзисторов IGBT. Идея метода достаточно очевидна: входной управляющий ШИМ-сигнал модулирует ток светодиода оптопары, а выходной элемент формирует входной сигнал драйвера, который питается от собственного источника, гальванически развязанного с управляющей схемой преобразователя (рис. 2.3.17).

Рис. 2.3.17. Принцип опторазвязки

Метод опторазвязки очень удобен с точки зрения организации «сигнального» и «силового» общих проводников схемы, поскольку «сигнальный» общий провод можно полностью гальванически отделить от «силового» общего проводника, а значит, выполнить полную развязку силовой части статического преобразователя и силовой схемы. Таким образом, исключается «затекание» силовых токов в цепи управляющих сигналов малой мощности. К сожалению, опторазвязки вносят значительные временные задержки в транслируемые сигналы, поэтомудалеко не все выпускаемые промышленностью оптроны общего применения подойдут для организации такого способа управления силовыми элементами преобразовательной техники.

Для построения драйверов с оптической гальванической развязкой желательно применить специально разработанные комбинированные драйверы, в составе которых имеются, во-первых, согласованные по временным параметрам оптопары, а во-вторых, выходные каскады, которые могут подключаться непосредственно к затворам IGBT транзисторов через токоограничительные резисторы.

Примером удачного драйвера с опторазвязкой может служить микросхема HCPL-3120, выпускаемая фирмой «Agilenttechnologies» [29], и рядом других зарубежных фирм (например, драйверы типа PS9552, PS9552L1, PS9552L2, PS9552L3 фирмы «NEC»). Близкими аналогами этой микросхемы являются HCPL-J312 и HCNW-3120, незначительно отличающиеся по своим электрическим характеристикам от HCPL-3120.

Внутренняя структура микросхемы HCPL-3120 показана на рис. 2.3.18. Со стороны подачи управляющего сигнала имеется светоди-

Рис. 2.3.18. Структура микросхемы HCPL-3120

од, а со стороны собственно узла драйвера — фотодиод. Выходной каскад драйвера оснащен тотемным транзисторным каскадом, в котором верхнее плечо образует биполярный транзистор, а нижнее — полевой. Микросхема обеспечивает пиковый ток управления затворами транзисторов 2 А (в режиме установки высокого и низкого уровня сигналов), что позволяет в ряде случаев использовать ее без дополнительных усилительных каскадов. Питание драйвера находится в диапазоне от 15 до 30 В. Немаловажным параметром также является напряжение гальванической развязки оптопары. В данном случае оно составляет не менее 2500 В, что позволяет использовать микросхему при проектировании статических преобразователей, питаемых от трехфазной сети 3×380 В 50 Гц. К слову, напряжение гальванической развязки HCPL-J312 составляет 3700 В, а для HCNW-3120 — все 5000 В.

Обратим внимание на временные параметры драйвера с опторазвязкой. На рис. 2.3.19 показана типовая временная диаграмма, иллюстрирующая сигнальные задержки при прохождении управляющего сигнала.

Согласно документации производителя, оценка осуществляется при подаче управляющего прямоугольного сигнала частотой 10 кГцс 50-процентной скважностью при изменении тока светодиода от 7 до 16 мА. Затвор транзистора имитируется RC-цепью с эквивалентной ем-

костью 10 нФ и затворным резистором 10 Ом. При этом время задержки включения (tplh) составляет0,3 мкс, время нарастания (tr) — 0,1 мкс, время спада (tf) — 0,1 мкс, время задержки (tphl) — 0,5 мкс. Следует отметить, что задержки сопоставимы с аналогичными параметрами IGBT транзисторов.

Другой широко распространенный вариант драйвера с оптической развязкой — микросхема TLP250, производимая фирмой «Toshiba» [30], (рис. 2.3.20).

Рис. 2.3.20. Структура микросхемы TLP250

Основные технические параметры микросхемы: питание — 10… …35 В, выходной ток управления — 1,5 А, напряжение изоляции оптопары — 2500 В, время включения/выключения — 0,5 мкс.

В ряде случаев разработчик вынужден при проектировании ориентироваться только на отечественную элементную базу, и в этом случае он столкнется практически с полным отсутствием интегральных драйверов. Тем не менее, ОАО «Протон» [31] все же разработало и выпустило на рынок один-единственный интегральный драйвер типа 5П122А, который по своей цоколевке соответствует TLP250. Правда, по электрическим параметрам у отечественного драйвера дело обстоит значительно хуже — выходной ток управления у него всего 200 мА, а напряжение питания — не более 20 В. Будем надеяться, что в ближайшем будущем номенклатура отечественных драйверов с опторазвязкой будет расширена.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты