Інтегральна схема IR2110

Інтегральна схема IR 2110, вироблена International Rectifier, є драйвером для двох силових транзисторів MOS або IGBT, які працюють при високій напрузі (до 500 В) і високих частотах комутації. Як можливе застосування можуть бути виготовлені перетворювачі напруги, схеми керування двигунами постійного струму, вертольоти з різними варіантами управління. Драйвер також може використовуватися в установках, де реалізовано управління ШІМ (імпульсна модуляція часу).

Порівняно з класичними схемами, з дискретними компонентами, управління силовими транзисторами, схема IR 2110 пропонує чудові характеристики та можливості (дуже висока швидкість комутації, зменшена розсіювана потужність, компактність, використання декількох додаткових компонентів). У режимі BOOSTRAP (див. Додатки нижче) схема може працювати при перемиканні частот від декількох Гц до сотень кГц.
Для того, щоб правильно його використовувати, не надмірно теоретизуючи, необхідно представити внутрішню архітектуру (блок-схему), представлену на рисунку 1.

Схема складається з двох внутрішніх каналів, одного НИЗЬКОГО та іншого ВИСОКОГО (нижнього та верхнього), через які, приймаючи логічні сигнали керування (із сумісними рівнями TTL/CMOS) та обробляючи їх внутрішньо, отримують сигнали управління для два силові транзистори, сигнали, які подаються безпосередньо до їх сіток. Двома силовими транзисторами можна керувати незалежно. В основному, виходи схеми (HO і LO) "слідують" за входами управління (HIN і LIN), беручи до уваги затримки, що виникають (рис. 2 і 3).

Вхідні сигнали (HIN та LIN) - це логічні сигнали з пороговими значеннями переходу, пропорційними напрузі живлення логіки управління (VDD = 3 ... 20 В) (див. Таблиці 1-4). Слідуючи блок-схемі, виявляється, що на входах використовуються тригери Шмітта (як буфери) з діапазоном гістерезису 0,1 ВДД для імунізації проти шуму та прийняття повільно зростаючих імпульсів. Час затримки розповсюдження однаковий для обох каналів, рівність досягається за допомогою блоку затримки (DELAY) НИЗЬКОГО каналу, із типовими значеннями 120 нс при проведенні транзистора та 95 нс при його блокуванні.

Два виходи HO та LO можуть бути деактивовані (управління транзистором заблоковане) за допомогою логічного сигналу SD (вимкнення), активного на логіці “1” (див. Рисунок 2). При поверненні назад до цього логічного сигналу «0» перший імпульс управління, що надійшов до HlN, або LIN скидає триггер RS на вході, і канал знову активується. Ця функція допомагає реалізувати захист транзисторів від перевантаження (див. Додатки).
Вхідні сигнали HIN і LlN, а також сигнал SHUTDOWN (SD) відносяться до маси логіки управління VSS (контакт 13), напруга живлення якої становить VDD (контакт 9).

Канал LOW має в якості опорного потенціалу (заземлення) висновок 2, позначений COM. Його живлення здійснюється напругою VCC (контакт 3), а вихід LO (контакт 1) щодо COM забезпечує сигнал управління для транзистора нижчої потужності.

Канал HIGH забезпечується напругою VB (контакт 6) щодо VS (контакт 5), який є ізольованим заземленням. Керуюча напруга на верхній транзисторній сітці збирається з клеми 7 (HO) щодо ізольованої маси VS.

Блоки перемикання рівня (VDD/VCC LEVEL SHIFT) виконують «переклад» керуючих логічних сигналів з входу в сигнали зі значеннями згідно VCC, що відносяться до заземлення COM. Це схеми з високою завадостійкістю, так що шум, що утворюється при перемиканні на виході драйвера, не впливає на його логіку управління.

У транзисторах MOS зменшення напруги керуючої мережі нижче певного значення збільшує опір RDS-ON, що призведе до розсіювання ними великих потужностей. Щоб їх уникнути, блоки UVDETECT (детектор зниженого напруги) виявляють падіння напруги нижче порога 8,6/8,2 В і заважають керуванню транзисторами.

Особливістю інтегральної схеми є її використання в режимі BOOSTRAP (економічний режим). В основному, HIGH-канал не постачається окремо з ізольованим джерелом напруги, а через з'єднання завантажувальної стрічки (див. Програми). Конденсатор CBOOT з'єднаний між VB і VS. Поки верхній транзистор заблокований, конденсатор заряджається від VCC через діод. Необхідно переконатися, що VS (клема 5) підключений до заземлення COM протягом цього часу зарядки, відкривши нижній транзистор. Енергія, необхідна для застосування регулятора на сітці верхнього транзистора, щоб привести його в провідність, береться з конденсатора завантажувального ремінця. У разі різних застосувань слід мати на увазі, що заземлення VS повинно виконуватися в точно визначений час, щоб уникнути короткого замикання.
Тому використання з початковим з'єднанням не завжди можливо, саме тому HIGH-канал може бути забезпечений ізольованим джерелом напруги.

2. Параметри

Абсолютні максимальні значення (напруги відносяться до COM) - Таблиця 1;
Рекомендовані умови експлуатації - Таблиця 2, Рисунок 4 і Рисунок 5.
Динамічні електричні характеристики (VSS = COM). Часи вимірюються в нс і відносяться до осцилограм на малюнку 3 - таблиця 3.
Статичні електричні характеристики - Таблиця 4.
Значення штифтів капсули - Рисунок 6.

3. Програми

Наступні програми (Рисунки 7, 8, 9, 10) представляють деякі з можливих застосувань інтегральної схеми, усі з використанням з'єднання завантажувальної стрічки.

Залежно від потреб користувача, його можна замінити ізольованим джерелом напруги. Розрахунок потужності CBOOT виконується наступним чином:
- коли ми знаємо, що електричне навантаження передається на решітку транзистора для його введення в провідність:

-протягом тривалого періоду зберігання за кермом повинен бути:

де IQBS - струм, поглинений каналом HIGH. Значення CBOOT = 0,1 мкФ охоплює діапазон використання до частоти 5 кГц.

Діод, що використовується для зарядки CBOOT, повинен бути швидким діодом з низькою паразитною ємністю при зворотному зчепленні.

На рисунку 7 показано перетворювач напруги типу Бака. Залежно від частоти та коефіцієнта заповнення сигналу, що подається на вході 10 (HIN) на навантаженні навантаження, отримується регульована напруга від 0… 500 В.

На малюнку 8 також є перетворювач напруги, але типу ВПЕРЕД. Входи HIN та LIN пов'язані між собою. Два транзистори управляються, щоб отримати регульовану напругу на навантаження.

На малюнку 9 представлена проста схема управління трифазним двигуном за допомогою IGBT-транзисторів. Управління силовими транзисторами здійснюється за допомогою трьох драйверів IR 2110. 6 вхідних сигналів (HIN та LIN) повинні корелювати між собою відповідно до обраного варіанту управління.

На рисунку 10 представлена схема приводу двигуна постійного струму. Тут також повинен бути обраний варіант управління, згідно з яким вхідні сигнали корелюються, контролюючи швидкість. НИЗЬКІ виходи двох вбудованих елементів керування керують силовим транзистором SENSE FET, з якого береться поточна інформація. Блок СТРУМУВАННЯ - компаратор між фіксованою напругою та напругою на резисторі, що проходить через частку струму стоку транзисторів. Вихід компаратора активує вхід SD, коли дві напруги стають однаковими через збільшення струму. Це зупиняє управління транзисторами, захищаючи їх від перенапруги.

Бібліографія:
*** Міжнародний випрямляч, Примітки щодо застосування, HV Floating MOS-GATE DRIVER IC - Специфікація IR-2110