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 C_bIank 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 (t_plh) составляет0,3 мкс, время нарастания (t_r) — 0,1 мкс, время спада (t_f) — 0,1 мкс, время задержки (t_phl) — 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.

Нравится

Микросхемы для построения преобразовательной техники небольшой мощности

Похожие посты:

Оставить комментарий