Для побудови цілого ряду приладів побутової та промислової техніки необхідні драйвери, які можуть працювати як з нижнім, так і з верхнім ключем стійки (напівміст). Оскільки напруга живлення транзисторного напівмоста може становити кілька сотень вольт, таке ж напруги повинна витримувати і конструкція самого драйвера.

Додаткові можливості в застосуванні драйвера з’являються, якщо він має вбудовану схему захисту по струму MOSFET.

На рис. 3.104 в конструкції керуючого MOSFET є другий (додатковий) висновок витоку, який через резистор R пов’язаний з висновками CS і Vs. Якщо транзистор знаходиться в режимі перевантаження, тобто через нього протікає занадто великий струм, на резисторі R падіння напруги перевищить заданий поріг.

Рис. 3.104. Драйвер MOSFET із захистом по струму

Це призведе до зменшення напруги на затворі і, отже, до зменшення струму транзистора.

Основні додаткові функції, які корисні при управлінні потужними MOSFET і IGBT ключами:

– Відключення при перевантаженні по струму;

– Відключення при короткому замиканні в навантаженні;

– Відключення транзистора при виході його з насичення;

– Формування сигналу несправності при виконанні пп. 1), 2), 3);

– Відключення транзистора при зниженні напруги живлення (на затворі).

Рис. 3.105. Компаратор захисту потоку MOSFET

Типовим прикладом такого універсального драйвера, що виконує всі вищеперелічені функції, є мікросхема управління IGBT IL33153 (аналог МС33153). Розширення функціональних можливостей драйверів досягається також шляхом введення в їх структурні схеми різних пристроїв захисту. На рис. 3.105 представлений принцип використання найпростішого компаратора захисту по струму MOSFET з рівнем Vnf = 0,23 В, який використовується в цих пристроях.

На рис. 3.106 представлені основні схеми включення входять до модифіковані сучасні драйвери компараторов, що забезпечують ефективний захист від короткого замикання в навантаженні і перевантаження виходу (А), при виході транзистора з насичення (б), зниження живлячої напруги (в).

Компаратори перевантаження і короткого замикання відрізняються рівнем компараціі. Більший рівень – у компаратора короткого замикання (130 мВ) в порівнянні з компаратором перевантаження (65 мВ).

Для ключа важливо у включеному стані не виходити з області насичення в активну область, оскільки при тривалій роботі в цьому режимі він може перегрітися. Тому в сучасних драйверах вводиться додаткова функція – при збільшенні напруги 1 /ке більше 6,5 В (рис. 3.107) спрацьовує компаратор виключення і напруга на затворі транзистора зменшується, що в свою чергу призводить до зменшення струму колектора IGBT. Зазвичай на затвори IGBT подається напруга більше 15 В для його включення. Якщо ~ 13 В, то напруга Uk3 зростає дуже помітно. При напрузі менше 10 В IGBT може працювати в активній області, що призведе до його перегріву. Тому драйвер відключає IGBT, якщо U <11 В.

Рис. 3.106. Компаратори захисту MOSFET і IGBT при короткому замиканні в навантаженні і при перевантаженні по струму (а), при виході транзистора з насичення (б), відключення транзистора при зниженні напруги живлення (На затворі) (в)

Рис. 3.107. Вихідна вольт-амперна характеристика IGBT для пояснення виходу транзистора з насичення

Рис. 3.108. Типова схема застосування ІМС IL33193 без ланцюгів зашиті

На рис. 3.108 наведено приклад застосування мікросхеми IL33193 без використання ланцюгів захисту, а на рис. 3.109 показаний приклад застосування цієї ж мікросхеми для відключення транзистора в режимі перевантаження по току. Як бачимо з порівняння цих двох варіантів застосування однієї мікросхеми, у другому випадку введення невеликої кількості додаткових елементів дозволяє спроектувати більш надійне пристрій, має захист від перевантаження по струму.

Відмінною особливістю схем застосування на рис. 3.108 та 3.109 є те, що сигнал несправності і вхідний сигнал мають гальванічну розв’язку за допомогою оптоелектронних пар.

Рис. 3.109. Типова схема застосування ІМС IL33193 для відключення транзистора при перевантаженні по струму

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.