Układy energoelektroniczne to jedna z tych poddziedzin elektroniki, w której możemy zaobserwować szczególnie szybko postępujący rozwój. Ogromną rolę odgrywa tutaj rozwój technologii mikroprocesorów i mikrokontrolerów, które dostarczają coraz wyższe moce obliczeniowe oraz możliwości współpracy z układami peryferyjnymi. Dowodem tego stanu rzeczy jest także coraz wyższa sprawność zasilaczy opartych na przetwornicach impulsowych wraz z coraz niższym poziomem szumów zakłóceniowych generowanych przez te układy. Ponadto, coraz bardziej liczne aplikacje energoelektroniki pojawiają się w formie układów scalonych, eliminując tym samym udział elementów dyskretnych do minimum. Przykładem takiego scalaka, jest IR2110 od International Rectifier – półmostek typu HIGH/LOW SIDE ze stopniem mocy opartym na tranzystorach MOSFET.
IR2110 – charakterystyka ogólna układu
IR2110 to układ scalony sterownika MOSFET wysokiego napięcia. Może sterować przełącznikami zarówno po stronie niskiego, jak i wysokiego poziomu w obwodach półmostkowych i dolnych mostków. Jak korzystać ze sterownika MOSFET? Obwody sterownika MOSFET służą do sterowania MOSFETami po stronie wysokiej lub niskiej. Dlaczego potrzebujemy sterownika MOSFET? Ponieważ tranzystory MOSFET są urządzeniami kontrolującymi napięcie i służą do napędzania MOSFET-ów, pojemność bramki powinna być ładowana do napięcia roboczego, które zwykle wynosi od 9V do 10V. Można to zrobić bardzo łatwo, ale jest jeden problem. Wysokie napięcie na drenie MOSFET-a powoduje problemy w wyniku interakcji z pojemnością bramka-dren. Problem ten znany jest jako efekt Millera. Sterowniki MOSFET są przyzwyczajone do unikania tych problemów. Na rynku dostępnych jest wiele typów sterowników MOSFET. Ale prawie wszystkie sterowniki MOSFET wykorzystywały wyjście na słupie totemowym. Ponieważ ma niską impedancję wejściową i wysoki prąd napędowy.
- Izolowane galwanicznie obwody sterownika za pomocą transoptora
- Izolowane galwanicznie obwody sterownika transformatora
- Nieizolowane galwanicznie obwody sterownika
IR2110 – wprowadzenie
W wielu zastosowaniach wymagany jest obwód pływający do sterowania MOSFETem po stronie wysokiej. W mostku H używanym w konstrukcji falownika wytwarzającego czyste napięcie sinusoidalne, dwa MOSFETy są używane jako MOSFET strony górnej, a pozostałe dwa MOSFETy są używane jako MOSFET strony niskiej. Driver MOSFETów IR2110 może być używany jako sterownik MOSFET po stronie wysokiej i niskiej. Posiada obwód pływający umożliwiający obsługę procesu ładowania początkowego. IR2210 wytrzymuje napięcie do 500V (napięcie offset). Jego piny wyjściowe mogą zapewnić prąd szczytowy do 2A. IR2110 Może być również używany jako sterownik tranzystorów IGBT. Obwód pływający IR2110 może zasilać tranzystory MOSFET po stronie wysokiego napięcia do 500V.
IR2110 – opis wyprowadzeń
|
1 |
LO |
Wyjście strony niskiej |
|
2 |
COM |
Ścieżka powrotna dla konfiguracji low side |
|
3 |
VCC |
zasilanie dla strony niskiej |
|
5 |
VS |
Ścieżka pływająca zasilania dla strony wysokiej |
|
6 |
VB |
pływające zasilanie dla strony wysokiej |
|
7 |
HO |
Wyjście strony wysokiej |
|
9 |
VDD |
Zasilanie +5V |
|
10 |
HIN |
Sygnał PWM dla strony wysokiej |
|
11 |
SD |
automatyczne wyłączanie drivera |
|
12 |
LIN |
Sygnał PWM dla strony niskiej |
|
13 |
VSS |
Masa |
- Pin 1 to wyjście drivera MOSFET po stronie niskiego napięcia
- Pin 2 to ścieżka powrotna dla strony niskiej. Ma ten sam potencjał, co masa VSS na pinie 13. Ponieważ gdy wejście po stronie niskiego poziomu na pinie 12 Lin jest wysokie, sygnał wyjściowy LO będzie równy wartości napięcia Vcc na pinie 3 w odniesieniu do Vss i pinów COM. Gdy wejście strony niskiej na pinie 12 Lin jest niskie, wyjście LO będzie miało potencjał równy wartości VSS i będzie równy zero.
- Pin 9 (VDD) jest pinem zasilania logiki. Jego napięcie powinno wynosić 5V. Dla napięcia mniejszego niż 4V, układ może nie zadziałać.
- Pin 10 (HIN) podaje sygnał wejściowym dla wyjścia drivera MOSFET strony wysokiej. Sygnał sterujący może pochodzić z pinu mikrokontrolera lub dowolnego innego urządzenia sterującego. Poziom logiczny stanu wysokiego sygnału wejściowego powinien wynosić od 4V do 5V.
- Pin 12 (LIN) jest sygnałem wejściowym dla wyjścia drivera MOSFTE po stronie wysokiej. Sygnał sterujący może pochodzić z pinu mikrokontrolera lub dowolnego innego urządzenia sterującego. Poziom logiczny stanu wysokiego sygnału wejściowego powinien wynosić od 4V do 5V.
- Pin 11 (SD) służy jako pin wyłączający. Można go użyć do implementacji obwodu zabezpieczającego. Na przykład w obwodzie zabezpieczenia przed przepięciem lub przetężeniem, jeśli którakolwiek z tych wartości stanie się większa od wartości określonej, można podać sygnał 5V, aby wyłączyć driver IR2210 celem zaprzestania sterowania MOSFETami. Wówczas układ zostanie wyłączony.
- Pin 6 (VB) jest używany jako bezpotencjałowe zasilanie obwodu pływającego po stronie wysokiej, w celu zapewnienia napięcia pływającego do MOSFET-a po stronie wysokiej.
- Kondensator ładowania początkowego, jest podłączony pomiędzy piny VB i VS, aby w pełni obsługiwać MOSFET po stronie wysokiej. Odgrywa bardzo ważną rolę w mostku H falownika. Należy użyć kondensatora bootstrap o wartości 22uF – 40uF. Pomyślnie działający mostek H działa z kondensatorem ładowania początkowego 33uF/50V.
Najważniejsze parametry elektryczne układu scalonego IR2110
- Napięcie bramki: 10V – 20V
- Zakres napięć roboczych dla strony wysokiej (Mostek H + bootstrap: +500V/+600V)
- Kompatybilność z poziomami logicznymi układów CMOS i TTL
- Zabezpieczenie podnapięciowe dla strony niskiej i wysokiej
- Funkcja automatycznego wyłączenia z obwodem sprzężenia zwrotnego
- Synchronizacja uwzględniająca opóźnienie wynikające z czasu propagacji
- Maksymalny ciągły prąd wyjściowy: 2A
- Czas przełączania (włączanie): 120ns
- Czas przełączania (wyłączanie): 94ns
Zastosowania układu scalonego IR2110
- Sterowniki silników prądu stałego
- Sterowniki silników prądu przemiennego
- Układy półmostkowe i pełnomostkowe
- Falowniki jednofazowe i trójfazowe
- Układy łagodnego startu dla silników indukcyjnych jednofazowych i trójfazowych
