Драйверы MOSFET и IGBT с расширенными функциональными возможностями

May 13, 2015 by admin Комментировать »

Для построения целого ряда приборов бытовой и промышленной техники необходимы драйверы, которые могут работать как с нижним, так и с верхним ключом стойки (полумостом). Поскольку напряжение питания транзисторного полумоста может составлять несколько сотен вольт, такое же напряжения должна выдерживать и конструкция самого драйвера.

Дополнительные возможности в применении драйвера появляются, если он имеет встроенную схему защиты по току MOSFET.

На рис. 3.104 в конструкции управляющего MOSFET имеется второй (дополнительный) вывод истока, который через резистор R связан с выводами CS и Vs. Если транзистор находится в режиме перегрузки, т.е. через него протекает слишком большой ток, на резисторе R падение напряжения превысит заданный порог.

Рис. 3.104. Драйвер MOSFET с защитой по току

Это приведет к уменьшению напряжения на затворе и, следовательно, к уменьшению тока транзистора.

Основные дополнительные функции, которые полезны при управлении мощными MOSFET и IGBT ключами:

—                      отключение при перегрузке по току;

—                      отключение при коротком замыкании в нагрузке;

—                      отключение транзистора при выходе его из насыщения;

—                      формирование сигнала неисправности при выполнении пп. 1), 2), 3);

—                      отключение транзистора при снижении напряжения питания (на затворе).

Рис. 3.105. Компаратор защиты потоку MOSFET

Типовым примером такого универсального драйвера, выполняющего все вышеперечисленные функции, является микросхема управления IGBT IL33153 (аналог МС33153). Расширение функциональных возможностей драйверов достигается также путем введения в их структурные схемы различных устройств защиты. На рис. 3.105 представлен принцип использования простейшего компаратора защиты по току MOSFET с уровнем Vnf = 0,23 В, который используется в этих устройствах.

На рис. 3.106 представлены основные схемы включения входящих в модифицированные современные драйверы компараторов, обеспечивающих эффективную защиту от короткого замыкания в нагрузке и перегрузки выхода (а), при выходе транзистора из насыщения (б), снижения питающего напряжения (в).

Компараторы перегрузки и короткого замыкания отличаются уровнем компарации. Больший уровень — у компаратора короткого замыкания (130 мВ) по сравнению с компаратором перегрузки (65 мВ).

Для ключа важно во включенном состоянии не выходить из области насыщения в активную область, поскольку при длительной работе в этом режиме он может перегреться. Поэтому в современных драйверах вводится дополнительная функция — при увеличении напряжения 1/кэ более 6,5 В (рис. 3.107) срабатывает компаратор выключения и напряжение на затворе транзистора уменьшается, что в свою очередь приводит к уменьшению тока коллектора IGBT. Обычно на затворы IGBT подается напряжение более 15 В для его включения. Если ~ 13 В, то напряжение Uk3 возрастает очень заметно. При напряжении менее 10 В IGBT может работать в активной области, что приведет к его перегреву. Поэтому драйвер отключает IGBT, если U < 11 В.

Рис. 3.106. Компараторы защиты MOSFET и IGBT при коротком замыкании в нагрузке и при перегрузке по току (а), при выходе транзистора из насыщения (б), отключения транзистора при снижении напряжения питания (на затворе) (в)

Рис. 3.107. Выходная вольт-амперная характеристика IGBT для пояснения выхода транзистора из насыщения

Рис. 3.108. Типовая схема применения ИМС IL33193 без цепей зашиты

На рис. 3.108 приведен пример применения микросхемы IL33193 без использования цепей защиты, а на рис. 3.109 показан пример применения этой же микросхемы для отключения транзистора в режиме перегрузки по току. Как видим из сравнения этих двух вариантов применения одной микросхемы, во втором случае введение небольшого количества дополнительных элементов позволяет спроектировать более надежное устройство, имеющее защиту от перегрузки по току.

Отличительной особенностью схем применения на рис. 3.108 и 3.109 является то, что сигнал неисправности и входной сигнал имеют гальваническую развязку при помощи оптоэлектронных пар.

Рис. 3.109. Типовая схема применения ИМС IL33193 для отключения транзистора при перегрузке по току

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

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