Звернемося тепер до інших закордонним фірмам, що випускають драйверні мікросхеми для побудови перетворювальної техніки невеликої потужності Фірма «ONSemiconductor» [28] представлена ​​на ринку силової електроніки лінійкою драйверів в інтегральному

виконанні На думку автора книги, найбільш цікавими тіпономіналов з цього рада є MC33153 (одиночний драйвер IGBT транзистора) і MC33152 (високошвидкісний здвоєний драйвер транзисторів MOSFET) Розглянемо їх докладніше

Структурна схема драйвера одиночного IGBT транзистора (single IGBT gate driver) типу MC33153 наведена на рис 2312 Мікросхема випускається в 8-вивідному корпусі типу DIP-8 або SOIC-8, забезпечуючи струм управління транзистором при його відкриванні 1 А, а при закриванні – 2 А Номінальна напруга живлення – 15 В Затримка вихідного керуючого сигналу при переході його з низького стану у високе і назад – 300 нс

Керуючий вхід мікросхеми – висновок 4, схема вихідного каскаду драйвера підключена до висновку 5 Крім цього, у складі драйвера є ряд пристроїв, що забезпечують захист силового транзистора від аварійних режимів По-перше, цей пристрій струмового захисту (висновок 1 – current sense input, висновок 2 – kelvin GND) По-друге, – пристрій контролю стану насичення транзистора (висновок 8 – fault blanking / desaturation input) Передбачений також вихідний сигнал, за допомогою якого можна визначити виникнення аварійного стану силового транзистора і вивести його на пристрій сигналізації або діагностики (висновок 7 – Fault output) Вбудований пристрій контролю напруги живлення (underground lockout) відключає драйвер при зниженні напруги живлення нижче 11 В

На рис 2313 показаний варіант застосування драйвера з використанням функції контролю насичення IGBT транзистора у відкритому стані З метою забезпечення завадостійкості в схему введений конденсатор CbIank невеликої ємності Висновок управління та діагностичного-

Рис 2314 Використання сигналу «current sense»

ський висновок гальванічно розвязані зі схемою драйвера ОПТРОН схемами

Проте, більш точним методом діагностування струмового перевантаження IGBT транзистора є використання «коливань-виводу» На жаль, далеко не всі силові прилади мають такий додатковий діагностичний висновок (ми про це говорили) Ланцюг

передачі струмового сигналу в даному випадку – це резистивний шунт і згладжує RC-фільтр

Друга цікава драйверного мікросхема, що випускається фірмою «ONSemiconductor», – MC33152 Її структурна схема приведена на рис 2315 Два ідентичних каналу драйвера забезпечують струм управління силовими транзисторами до 1,5 А затримка керуючого сигналу при перемиканні становить 120 нс На жаль, дана мікросхема має обмежені сервісні захисні функції, відстежуючи тільки напруга живлення

На рис 2316 показаний варіант застосування драйвера MC33152 спільно з відомою мікросхемою ШІМ-контролера типу TL494 (TL594) для побудови пуш-пульного двотактного високочастотного перетворювача

Другий метод забезпечення гальванічної розвязки сигналів управління «верхнього» і «нижнього» плечей полумостовой силових схем – оптичний Цей метод не дуже підходить для управління високочастотними силовими схемами на основі транзисторів MOSFET з частотами перетворення 100 кГц і вище, але з успіхом

застосовується на частотах 10 .. 50 кГц, тобто при використанні в якості ключових силових елементів транзисторів IGBT Ідея методу досить очевидна: вхідний керуючий ШІМ-сигнал модулює струм світлодіода оптопари, а вихідний елемент формує вхідний сигнал драйвера, який живиться від власного джерела, гальванічно розвязаного з керуючою схемою перетворювача (рис 2317)

Рис 2317 Принцип опторазвязкі

Метод опторазвязкі дуже зручний з точки зору організації «сигнального» і «силового» загальних провідників схеми, оскільки «сигнальний» загальний провід можна повністю гальванічно відокремити від «силового» загального провідника, а значить, виконати повну розвязку силової частини статичного перетворювача і силової схеми Таким чином, виключається «затікання» силових струмів в ланцюзі керуючих сигналів малої потужності На жаль, опторазвязкі вносять значні тимчасові затримки в трансльовані сигнали, поетомудалеко не всі випускаються промисловістю оптрони загального застосування підійдуть для організації такого способу керування силовими елементами перетворювальної техніки

Для побудови драйверів з оптичною гальванічною розвязкою бажано застосувати спеціально розроблені комбіновані драйвери, у складі яких є, по-перше, узгоджені по тимчасових параметрах оптопари, а по-друге, вихідні каскади, які можуть підключатися безпосередньо до затворам IGBT транзисторів через струмообмежувальні резистори

Прикладом вдалого драйвера з опторазвязкой може служити мікросхема HCPL-3120, що випускається фірмою «Agilenttechnologies» [29], і рядом інших зарубіжних фірм (наприклад, драйвери типу PS9552, PS9552L1, PS9552L2, PS9552L3 фірми «NEC») Близькими аналогами цієї мікросхеми є HCPL-J312 і HCNW-3120, незначно відрізняються за своїми електричними характеристиками від HCPL-3120

Внутрішня структура мікросхеми HCPL-3120 показана на рис 2318 З боку подачі керуючого сигналу мається светоді-

Рис 2318 Структура мікросхеми HCPL-3120

од, а з боку власне вузла драйвера – фотодіод Вихідний каскад драйвера оснащений тотемною транзисторним каскадом, в якому верхнє плече утворює біполярний транзистор, а нижнє – польовий Мікросхема забезпечує піковий струм управління затворами транзисторів 2 А (у режимі установки високого і низького рівня сигналів), що дозволяє в ряді випадків використовувати її без додаткових підсилюючих каскадів Харчування драйвера знаходиться в діапазоні від 15 до 30 В Важливим параметром також є напруга гальванічної розвязки оптопари У даному випадку воно складає не менше 2500 В, що дозволяє використовувати мікросхему при проектуванні статичних перетворювачів, живляться від трифазної мережі 3×380 В 50 Гц До слова, напруга гальванічної розвязки HCPL-J312 становить 3700 В, а для HCNW-3120 – все 5000 В

Звернемо увагу на часові параметри драйвера з опторазвязкой На рис 2319 показана типова тимчасова діаграма, що ілюструє сигнальні затримки при проходженні сигналу, що управляє

Згідно документації виробника, оцінка здійснюється при подачі керуючого прямокутного сигналу частотою 10 кГцс 50-відсоткової скважностью при зміні струму світлодіода від 7 до 16 мА Затвор транзистора імітується RC-ланцюгом з еквівалентною ем-

кісткою 10 нФ і затворним резистором 10 Ом При цьому час затримки включення (tplh) Составляет0, 3 мкс, час наростання (tr) – 0,1 мкс, час спаду (tf) – 0,1 мкс, час затримки (tphl) – 0,5 мкс Слід зазначити, що затримки порівняти з аналогічними параметрами IGBT транзисторів

Інший широко поширений варіант драйвера з оптичною розвязкою – мікросхема TLP250, вироблена фірмою «Toshiba» [30], (рис 2320)

Рис 2320 Структура мікросхеми TLP250

Основні технічні параметри мікросхеми: харчування – 10 ….. 35 В, вихідний струм управління – 1,5 А, напруга ізоляції оптопари – 2500 В, час включення / вимикання – 0,5 мкс

У ряді випадків розробник змушений при проектуванні орієнтуватися тільки на вітчизняну елементну базу, і в цьому випадку він зіткнеться практично з повною відсутністю інтегральних драйверів Тим Проте, ВАТ «Протон» [31] все ж розробило і випустило на ринок один-єдиний інтегральний драйвер типу 5П122А, який за своєю цоколевке відповідає TLP250 Правда, по електричних параметрах у вітчизняного драйвера справа йде значно гірше – вихідний струм управління у нього всього 200 мА, а напруга живлення – не більше 20 В Будемо сподіватися, що в найближчому майбутньому номенклатура вітчизняних драйверів з опторазвязкой буде розширена

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил