IR2110 integrált áramkör
Az International Rectifier által gyártott IR 2110 integrált áramkör két MOS vagy IGBT teljesítménytranzisztor meghajtója, amelyek magas feszültségen (legfeljebb 500 V) és magas kapcsolási frekvenciákon működnek. Lehetséges alkalmazásokként feszültségátalakítók, vezérlő áramkörök egyenáramú motorokhoz, különböző vezérlési variánsokkal rendelkező szaggatók készíthetők. Az illesztőprogram olyan telepítésekben is használható, ahol PWM vezérlés valósul meg (időimpulzus moduláció).
A teljesítménytranzisztorok vezérléséhez a klasszikus, különálló alkatrészekkel rendelkező sémákhoz képest az IR 2110 áramkör kiváló teljesítményt és lehetőségeket kínál (nagyon nagy kapcsolási sebesség, alacsony szórt teljesítmény, tömörség, kevés extra alkatrész használata). BOOSTRAP üzemmódban (lásd az alábbi alkalmazásokat) az áramkör néhány Hz-től több száz kHz-ig terjedő frekvenciák kapcsolásakor működhet.
A helyes, túl teoretizálás nélküli használatához szükséges az 1. ábrán bemutatott belső architektúra (blokkdiagram) bemutatása.
Az áramkör két belső csatornából áll, az egyik LOW és a másik HIGH (az alsó és a felső), amelyeken keresztül a logikai vezérlőjelek (TTL/CMOS kompatibilis szintekkel) felvételével és belső feldolgozásával vezérlőjeleket kapunk a két teljesítménytranzisztor, jel, amelyet közvetlenül a hálózatukra vezetnek. A két teljesítménytranzisztor egymástól függetlenül vezérelhető. Alapvetően az áramkör kimenetei (HO és LO) "követik" a vezérlő bemeneteket (HIN és LIN), figyelembe véve a bekövetkező késéseket (2. és 3. ábra).
A bemeneti jelek (HIN és LIN) logikai jelek, amelyek átmeneti küszöbértékekkel arányosak a vezérlési logika tápfeszültségével (VDD = 3… 20 V) (lásd az 1-4. Táblázatot). A blokkdiagram nyomán azt tapasztaltuk, hogy a bemenetek Schmitt-triggereket (pufferként) 0,1 VDD hiszterézissávval használnak a zaj elleni immunizálás és a lassan növekvő impulzusok elfogadása érdekében. A terjedési késleltetési idők mindkét csatornán megegyeznek, az egyenlőség a LOW csatorna késleltetési blokkjával (DELAY) érhető el, tipikus értéke 120 ns a tranzisztor vezetésénél és 95 ns blokkolásánál.
A két HO és LO kimenet inaktiválható (a tranzisztor vezérlése tiltott) az „1” logikán aktív SD (leállítás) logikai jel segítségével (lásd a 2. ábrát). Amikor visszakapcsol erre a logikai „0” jelre, az első vezérlőimpulzus megérkezett a HlN-re vagy a LIN-re, és a bemenetnél visszaállítja az RS flip-flopot és a csatorna újra aktiválódik. Ez a szolgáltatás segít a tranzisztorok túláramvédelmének megvalósításában (lásd az alkalmazásokat).
A HIN és LlN bemeneti jelek, valamint a SHUTDOWN (SD) jel a VSS vezérlő logika tömegéhez kapcsolódnak (13. érintkező), tápfeszültsége VDD (9. érintkező).
A LOW csatorna referenciapotenciáljának (föld) 2. terminálja COM-nak van jelölve. Tápellátása a VCC feszültséggel történik (3. érintkező), és az LO kimenet (1. érintkező) a COM-hoz viszonyítva biztosítja az alacsonyabb teljesítményű tranzisztor vezérlőjelét.
A HIGH csatorna VB feszültséggel van ellátva (6. érintkező) a VS-hez (5. érintkező) képest, amely egy elszigetelt föld. A felső tranzisztorhálózat vezérlőfeszültségét a 7. kapocs (HO) gyűjti össze az izolált VS tömeghez viszonyítva.
A szintváltó blokkok (VDD/VCC LEVEL SHIFT) elvégzik a bemenetről érkező vezérlési logikai jelek „lefordítását” a COM földeléshez kapcsolódó, VCC alapú értékű jelekké. Ezek olyan áramkörök, amelyek nagy zajállósággal rendelkeznek, így az illesztőprogram kimenetén történő kapcsoláskor keletkező zaj nem befolyásolja annak vezérlési logikáját.
A MOS tranzisztorokban a vezérlőrács feszültségének egy bizonyos érték alatti csökkenése az RDS-ON ellenállás növekedéséhez vezet, aminek következtében a nagy teljesítmények eloszlanak. Ezek elkerülése érdekében az UVDETECT (UnderVoltage Detector) blokkok érzékelik a 8,6/8,2 V küszöb alatti feszültségesést és gátolják a tranzisztorok vezérlését.
Az integrált áramkör sajátossága, hogy BOOSTRAP (gazdaságos) módban használja. Alapvetően a HIGH csatornát nem külön külön feszültségforrással látják el, hanem egy bootstrap kapcsolaton keresztül (lásd Alkalmazások). A CBOOT kondenzátor VB és VS között van összekapcsolva. Amíg a felső tranzisztor blokkolva van, a kondenzátort a VCC-ből diódán keresztül töltjük. Biztosítani kell, hogy a VS (5. kivezetés) ezen a töltési idő alatt csatlakozzon a COM földhöz az alsó tranzisztor kinyitásával. A felső tranzisztor rácsának vezérléséhez a vezetéshez szükséges energiát a rendszerindító kondenzátor veszi. Különböző alkalmazások esetén figyelembe kell venni, hogy a VS földelését jól meghatározott időpontokban kell elvégezni a rövidzárlatok elkerülése érdekében.
Ezért a bootstrap kapcsolattal történő használat nem mindig lehetséges, ezért a HIGH csatornát izolált feszültségforrással lehet ellátni.
2. Paraméterek
Abszolút maximális értékek (a feszültségek a COM-hoz kapcsolódnak) - 1. táblázat;
Ajánlott működési feltételek - 2. táblázat, 4. ábra és 5. ábra.
Dinamikus elektromos jellemzők (VSS = COM). Az időket ns-ben mérjük, és a 3. ábra - 3. táblázat hullámalakjára vonatkoznak.
Statikus elektromos jellemzők - 4. táblázat.
A kapszula csapok jelentősége - 6. ábra.
3. Alkalmazások
A következő alkalmazások (7., 8., 9., 10. ábra) bemutatják az integrált áramkör lehetséges felhasználási lehetőségeit, amelyek mindegyike a bootstrap kapcsolatot használja.
A felhasználó igényeitől függően leválasztható elszigetelt feszültségforrással. A CBOOT kapacitás kiszámítása a következőképpen történik:
- amikor tudjuk, hogy a tranzisztor rácsához át kell vezetni az elektromos terhelést a vezetésbe való belépéshez:
-a vezetés közbeni hosszú ideig tartó tárolásnak:
ahol az IQBS a HIGH csatorna által elnyelt áram. A CBOOT = 0,1uF érték az 5 kHz-es frekvenciáig terjed.
A CBOOT töltéshez használt diódának gyors diódának kell lennie, alacsony parazita kapacitással a fordított kapcsolásnál.
A 7. ábra egy Buck típusú feszültségátalakítót mutat be. A LOAD terhelés 10. bemeneténél (HIN) alkalmazott jel frekvenciájától és töltési tényezőjétől függően 0… 500 V állítható feszültséget kapunk.
A 8. ábrán található egy feszültségváltó is, de FORWARD típusú. A HIN és LIN bemenetek összekapcsolódnak. Két tranzisztort vezérelnek, hogy terhelésenként állítható feszültséget kapjanak.
A 9. ábra egy egyszerű ábra egy háromfázisú motor vezérléséhez IGBT tranzisztorok segítségével. A teljesítménytranzisztorok vezérlése három IR 2110 meghajtóval történik. A 6 bemeneti jelnek (HIN és LIN) korrelálnia kell egymással a választott vezérlési változat szerint.
A 10. ábra egy egyenáramú motor hajtási diagramját mutatja. Itt is választani kell egy vezérlési változatot, amely szerint a bemeneti jelek korrelálnak, szabályozva a sebességet. A két integrált vezérlés LOW kimenetei egy-egy SENSE FET teljesítménytranzisztort vezérelnek, amelyből az aktuális információt veszik. A CURRENT SENSING blokk összehasonlító elem a rögzített feszültség és az ellenállás feszültsége között, amelyet a tranzisztorok leeresztő áramának töredéke halad át. Az összehasonlító kimenet akkor aktiválja az SD bemenetet, amikor a két feszültség egyenlővé válik az áram növekedése miatt. Ez leállítja a tranzisztorok vezérlését, megvédve őket a túláramtól.
Bibliográfia:
*** Nemzetközi egyenirányító, alkalmazási megjegyzések, HV lebegő MOS-GATE DRIVER IC - IR-2110 adatlap