Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przegląd driverów bramek MOSFETów

ghost666 22 Sty 2020 20:19 2253 2
  • Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Wzrost zastosowania sterowników silników, inteligentnych sieci przesyłowych i technologii inteligentnego domu, a także zwiększone zapotrzebowanie na urządzenia wysokiego napięcia, przyczyniły się do wzrostu światowego rynku sterowników bramek tranzystorów MOSFET i modułów IGBT mocy.

    Kompletny system sterowania silnikiem elektrycznym obejmuje zasilacz prądu stałego, mikrokontroler hosta, sterowniki bramek i tranzystory MOSFET w topologii półmostka. Mikrokontroler konfiguruje wypełnienie przebiegu PWM i dba o sprzężenie zwrotne lub sterowanie w otwartej pętli. W projektach niskiego napięcia sterownik bramki i MOSFET są zwykle zintegrowane ze sobą w jednym układem. Jednak w przypadku jednostek o dużej mocy, elementy te są od siebie oddzielone, aby ułatwić ich chłodzenie i zminimalizować wzajemne zakłócenia elektromagnetyczne.

    Sterownik bramki w systemie sterowania silnikiem jest zaprojektowany przede wszystkim w celu poprawy sprawności tranzystorów MOSFET, które wykorzystywane są w celu sterowania prądu dostarczanego do silnika elektrycznego. Sterownik bramki działa jako etap pośredni między wejściami kontroli o napięciu na poziomach logicznych, a tranzystorami MOSFET mocy.

    Biorąc pod uwagę różnorodność dostępnych na rynku tranzystorów MOSFET, które może wykorzystywać typowy obwód, sterownik bramki musi być jednocześnie wytrzymały i elastyczny oraz musi być w stanie zaoferować inteligentne rozwiązanie do prawidłowego sterowania półprzewodnikami mocy. Modułowe rozwiązania do sterowania silnikiem stanowią alternatywę, a na rynku dostępna jest szeroka gama zintegrowanych sterowników bramek, zapewniających wysokie napięcie do sterowania bramki, aby zapewnić minimalny opór wewnętrzny tranzystora MOSFET.

    Texas Instruments

    Smart Instrument Drive firmy Texas Instrument oferuje inteligentne rozwiązanie mające na celu sterowanie i ochronę MOSFETów mocy. Funkcje te pozwalają projektantom zoptymalizować przełączanie tranzystorów pod względem emitowanych zakłóceń EMI i osiąganej sprawności, ale pozwala im również zmniejszyć ilość potrzebnych elementów i wielkość zajmowanego na PCB miejsca, zapewniając jednocześnie podwyższoną ochronę dla tranzystorów MOSFET. Sterowniki Smart Gate firmy Texas Instruments zawierają w sobie nowoczesny układ umożliwiający łatwą kontrolę prędkości zmian napięcia bramki MOSFET. Parametr regulowanego prądu bramki nosi nazwę IDRIVE (patrz rysunek 1).

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.1. Sterownik klucza firmy Texas Instruments.


    Rodzina układów DRV8323x jest dostępna w trzech niezależnych wersjach sterowników bramek, które są w stanie sterować parą MOSFETów zarówno po wysokiej, jak i niskiej stronie zasilania. Sterowniki bramki zawierają pompę ładunku do generowania podwyższonego napięcia dla bramki (z obsługą cyklu roboczego do 100%) dla tranzystorów po wysokiej stronie oraz stabilizator liniowy do zasilania tranzystorów niskiej mocy (patrz rysunek 2).

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.2. Typowa aplikacja układu DRV8323x.


    ST Microelectronics

    Rodzina sterowników bramki od ST przeznaczona jest do pracy w trudnych warunkach przemysłowych, przy wysokich napięciach dochodzących do 600 V przy zachowaniu dobrej odporności na zakłócenia i niskich strat przełączania. Wysokonapięciowe sterowniki L6491, L6494 i L6498 idealnie nadają się do kluczy mocy o średniej i dużej pojemności bramki ze względu na ich relatywnie wysoki prąd wyjściowy - do 4 A.

    L6385E to kompaktowy i prosty sterownik bramki wysokiego napięcia, wykonany w technologii BCD i zdolny do sterowania urządzeniami półprzewodnikowymi takimi jak MOSFET lub IGBT. Sekcja od strony wysokiego napięcia może pracować z szynami zasilania do 600 V. Układ L6385E zapewnia dwa piny wejściowe oraz dwa piny wyjściowe i zapewnia, że wyjścia naprzemiennie zmieniają się w fazie z wejściami. L6385E jest wyposażony ponadto w ochronę przed zapadem napięcia na obu liniach zasilających, zapewniając lepszą ochronę przed spadkami napięcia na liniach energetycznych (patrz rysunek 3).

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.3. Schemat blokowy układu L6385E.


    Infineon

    Sterowniki bramkowe EiceDRIVER oferują szeroki zakres typowych opcji prądu wyjściowego, od 0,1 A do 10 A. Solidne funkcje ochrony linii sterowania bramką, takie jak szybka ochrona przeciwzwarciowa, sprawiają, że te scalone sterowniki są odpowiednie zarówno do zasilania krzemowych, jak i szerokopasmowych urządzeń półprzewodnikowych, w tym elementów CoolGaN i CoolSiC. Jednokanałowy, galwanicznie izolowany, scalony sterownik bramki 1EDF5673K jest przystosowany do sterowania układami HEMT wykonanymi z azotku galu (GaN) z nieizolowaną bramką (charakterystyka wejściowa typu dioda) i niskim napięciem progowym. Układ 2ED020I06-FI to wysokonapięciowy, szybki zasilacz dla bramek MOSFET i modułów IGBT wyposażony w bufor prądowy o dużym prądzie w impulsie, specjalnie zaprojektowany do uzyskiwania niskiej rezystancji kluza. Wszystkie wejścia logiczne układów są zgodne z TTL 3,3 V oraz 5 V. Opóźnienia propagacji liczone łącznie dla układu, aby uprościć stosowanie w aplikacjach o wysokiej częstotliwości (patrz rysunek 4).

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.4. Schemat blokowy układu 2ED020I06-FI.


    Power Integrations

    Power Integrations oferuje różnorodne rozwiązania sterowników bramek dla rynku napędów silnikowych o napięciach do 6500 V. SID11x2K z serii Scala iDriver to jednokanałowy sterownik modułów IGBT i tranzystorów MOSFET w obudowie eSOP. Innowacyjna technologia FluxLink daje wzmocnioną izolację galwaniczną pomiędzy bramką a procesorem sterującym systemem. Izolowane jednobiegunowe źródło napięcia zapewnia napięcia dodatnie i ujemne do sterowania bramką. Dodatkowe funkcje obejmują zabezpieczenie przeciwzwarciowe z zaawansowanym miękkim wyłączaniem bramki i blokiem zabezpieczenia przed zapadem napięcia. Sygnały z i do kontrolera (sygnał PWM i informacja o awarii) są zgodne z poziomami logicznymi CMOS 5 V, co można jednak również zmienić, by ustawić układ w konfiguracji do przyjmowania sygnałów 15 V za pomocą zewnętrznego dzielnika rezystancji (na rysunku 5 zaprezentowano typową aplikację tego układu).

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.5. Typowy obwód aplikacji SID11x2K.


    ON Semiconductor

    Układ NCP510x od ON Semiconductor jest sterownikiem bramki dla wysokonapięciowych elementów mocy. Dzięki dwóm wyjściom nadaje się do bezpośredniego sterowania dwoma tranzystorami MOSFET mocy z kanałem N lub modułami IGBT ułożonymi w konfiguracji półmostka (wersja B) lub dowolnej innej konfiguracji (wersja A). Zastosowano technikę ładowania początkowego, aby zapewnić prawidłowe sterowanie wyłączaniem zasilania po stronie wysokiej obciążenia. Obwód pilotujący działa z dwoma niezależnymi wejściami.

    ROHM Semiconductor

    BM63764S-VC to inteligentny moduł sterujący dla układów IGBT pracujących do 600 V/15 A. Układ dostępny jest w 25-pinowej obudowie HSDIP. Składa się ze sterowników bramek, diod ładowania początkowego, IGBT i diod przetwornicy. Stosowane są małe generujące niewielkie straty moduły IGBT i są one zoptymalizowane do szybkich operacji przełączania, takich jak pralka lub silnik wentylatora. Typowe zastosowania to szybkie przetwornica częstotliwości np. 100 V do 240 V (napięcie stałe w układzie musi być poniżej 400 V) oraz szybkich falowników do sterowania innymi silnikami.

    Pre-Switch

    Moduł PDEC1215A to półprzewodnikowy sterownik bramki z rodziny EconoDUAL. Dedykowany jest do 1200-woltowych modułów IGBT o prądzie do 200 A, który zawiera zintegrowane obwody ZVS. Ten moduł jest zgodny ze standardem plug-and-play innych sterowników bramek wiodących producentów. System został zaprojektowany tak, aby przed opracowaniem produktu inżynierowie mogli zmierzyć zalety wykorzystania modułu Pre-Switch na poziomie systemu w trójfazowym systemie przemysłowym. Moduł ten oferuje niższe straty przełączania i pełny prąd roboczy od 150 A przy częstotliwości przełączania na poziomie 1..5 kHz (moduł pokazano na rysunku 6).

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.6. Moduł PDEC1215A firmy Pre-Switch.


    Analog Devices

    ADuM4135 to jednokanałowy izolowany sterownik bramki wysokiego napięcia, zoptymalizowany dla tranzystorów bipolarnych z izolowaną bramką (IGBT). W oparciu o technologię iCoupler® firmy Analog Devices ADuM4135 zapewnia on izolację pomiędzy bramką a sygnałem wejściowym.

    Sterownik bramki ADuM4135 oferuje solidną dezaktywację IGBT za pomocą tylko pojedynczej szyny zasilania, gdy napięcie bramki spadnie poniżej 2 V. Zintegrowany obwód wykrywania desaturacji chroni przed pracą IGBT w stanie zwarcia. Na rysunku 7 pokazano schemat modułowy tego sterownika.

    Przegląd driverów bramek MOSFETów
    Rys.7. Schemat blokowy układu ADuM4135.


    Podsumowanie

    Układy MOSFET i moduły IGBT to urządzenie sterowane napięciowo, które funkcjonują jako element przełączający w obwodach napędowych silników. Bramki tych elementów są elektrycznie izolowane od reszty układu. Dedykowane sterowniki służą do przykładania do nich napięcia i dostarczenia odpowiedniego prądu do sterowania tym wejściem, m.in. w urządzeniach kontrolujących pracę silników.

    Źródła:
    https://www.ednasia.com/news/article/The-need-for-Gate-Driver-ICs-for-motion-control
    https://www.eeweb.com/profile/maurizio-di-paolo-emilio/articles/high-performance-gate-drivers-for-motor-control

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9552 postów o ocenie 7618, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    Janusz_kk
    Poziom 26  
    A gdzie w tym podsumowaniu, IRxxx -y, które są już od kilku jak nie więcej lat?
  • #3
    Galareta
    Poziom 22  
    Albo scalone drivery wraz z mikrokontrolerem od stm? STPIN32F0