Драйвери MOSFET- і IGBT-транзисторів призначені для управління потужними напівпровідниковими приладами в вихідних каскадах перетворювачів електричної енергії. Використовуються в якості проміжної ланки між керуючою схемою (контролером або цифровим сигнальним процесором) і потужними виконавчими елементами, коммутирующими навантаження. Драйвери - це основна група високовольтних ІС International Rectifier. До неї також можна віднести контролери електронних баластів.
Етапи розвитку енергетичної (силовий) електроніки визначаються досягненнями в технологіях силових ключів і схем управління. Динамічні і статичні параметри силових приладів постійно поліпшуються, але потужними ключами потрібно ще й ефективно управляти. Для збалансованого взаємодії між керуючою схемою і вихідними каскадами і призначені нові потужні драйвери MOSFET- і IGBT-транзисторів фірми International Rectifier. Драйвери IR мають високі вихідні струми (до ± 4 А), малі тривалості фронту, спаду, затримки та інші цікаві відмінні риси. Випускаються International Rectifier керуючі мікросхеми призначені для роботи в будь-яких конфігураціях силових каскадів в діапазоні потужності до 3-5 кВт.
Спрощена структура силового каскаду з високовольтної керуючої мікросхемою показана на малюнку 1.
Мал. 1. Спрощена структура полумостового силового каскаду з високовольтним драйвером (HVIC)
Високовольтний драйвер MOSFET / IGBT повинен відповідати таким вимогам:
- управлятися логічним сигналом, пов'язаним з сигнальної шиною загального проводу, отже, драйвер верхнього плеча повинен мати високовольтний каскад зсуву рівня;
- потужність, що розсіюється схемою управління, повинна бути дуже мала в порівнянні із загальною потужністю, що розсіюється;
- схема управління повинна забезпечувати струми заряду / розряду ланцюга затвора, що гарантують динамічні характеристики транзистора.
Виробництво мікросхем управління HVIC увібрало в себе всі досягнення високовольтних технологій, але їх розвиток відбувається все більш швидкими темпами, з'являються додаткові функціональні можливості, зростає ступінь інтеграції при зменшенні площі кристала і вартості. Втіленням всіх цих досягнень стали високовольтні силові мікросхеми управління 5-го покоління G5 HVIC. На малюнку 2 проілюстровано перехід від старих серій високовольтних керуючих мікросхем до нового покоління G5 HVIC. Мікросхеми попередніх поколінь з часом будуть зняті з виробництва, ціна старих драйверів в перехідний період буде зростати. З нижніх графіків рисунка 2 видно, що з часом ставлення функціональність / вартість буде збільшуватися. Це пояснюється подальшим зниженням цін при поліпшенні параметрів з додаванням додаткових функцій при підвищенні ступеня інтеграції ІС.
Мал. 2. Розвиток HVIC (високовольтних ІС) International Rectifier
Драйвери нового покоління G5 HVIC умовно можна розділити на дві категорії, показані на малюнку 3:
- оновлені версії перших поколінь;
- нові драйвери з розширеною функціональністю і поліпшеними характеристиками.
Мал. 3. Дві категорії нових високовольтних драйверів G5 HVIC
Оновлені версії драйверів нових поколінь повністю сумісні за висновками, мають більш жорсткі допуски по багатьом параметрам, завдяки чому розширюється вибір зовнішніх дискретних компонентів і спрощується розрахунок схеми, додатково підвищується надійність всієї схеми. У багатьох випадках нові ІС вже містять вбудований бутстрепний діод (bootstrap diode), завдяки чому відпадає необхідність у відносно громіздкому в порівнянні з самою мікросхемою драйвера зовнішньому бутстрепном діоді. Висока щільність структури при зменшеному кристалі, сумісність з логікою 3,3 В, роздільні висновки для сигнальної і силовий «землі», що фіксується і програмований час паузи (deadtime) при перемиканні транзисторів полумостового і мостових схем, блокування про низьку напругу живлення полегшують розробнику проектування високонадійних силових пристроїв.
Основні параметри нових драйверів і мікросхем попередніх поколінь зведені в таблицю 1. Позначення мікросхем нових серій відрізняються доданої буквою «S», схожою на цифру «5» (5-е покоління G5). Найменування деяких нових мікросхем закінчуються на букву «D», що означає наявність вбудованого бутстрепного діода. Деякі нові драйвери G5 не мають аналогів в попередніх поколіннях мікросхем.
Таблиця 1. Заміни для високовольтних мікросхем попереднього покоління з нових серій G5 HVIC
G5 HVIC Найменування попереднього покоління Корпус (а) Коментарі Драйвери нижнього і верхнього ключів (High / Low Driver) IRS2001 - SOIC / DIP UVLO VCC IRS2011 IR2011 SOIC / DIP Вихідний струм ± 1 А; UVLO VCC і VBS IRS2101 IR2101 SOIC / DIP UVLO VCC IRS2106 IR2106 SOIC / DIP UVLO VCC і VBS IRS21064 IR21064 SOIC / DIP UVLO VCC і VBS IRS2110 IR2110 SOIC / DIP Вихідний струм ± 2,5 А; UVLO VCC і VBS, вхідні логіка для режиму shutdown IRS2112 IR2112 SOIC / DIP Вихідний струм 290/600 мА; UVLO VCC і VBS, вхідні логіка для режиму shutdown IRS2113 IR2113 SOIC / DIP Вихідний струм ± 2,5 А; UVLO VCC і VBS, вхідні логіка для режиму shutdown IRS2181 IR2181 SOIC / DIP Вихідний струм 1,9 / 2,3 А; UVLO VCC і VBS IRS2184 IR21814 SOIC / DIP Вихідний струм 1,9 / 2,3 А; UVLO VCC і VBS IRS2186 IR2186 SOIC / DIP Вихідний струм ± 4 А; UVLO VCC і VBS IRS21664 IR21864 SOIC / DIP Вихідний струм ± 4 А; UVLO VCC і VBS IRS2301 IR2301 SOIC UVLO VCC і VBS Драйвери напівмоста (Half-Bridge Driver) IRS2003 - SOIC / DIP UVLO VCC IRS2004 - SOIC / DIP UVLO VCC і VBS, вхідні логіка для режиму shutdown IRS20124 - SOIC Вихідний струм 1/1, 2 А, програмований час deadtime, UVLO і VBS IRS20955 - SOIC / DIP Вихідний струм 1 / 1,2 А, програмований час deadtime, UVLO і VBS IRS2103 IR2103 SOIC / DIP UVLO VCC IRS2104 IR2104 SOIC / DIP UVLO VCC, вхідні логіка для режиму shutdown IRS2108 IR2108 SOIC / DIP UVLO VCC і VBS IRS21084 IR21084 SOIC / DIP Програмоване врямя deadtime, UVLO і VBS IRS2109 IR2109 SOIC / DIP Вхідна логіка для режиму shutdown, UVLO VCC і VBS IRS21091 IR21091 SOIC / DIP Вхідна логіка для режиму shutdown, UVLO VCC і VBS IRS21094 IR21094 SOIC / DIP UVLO VCC, вхідні логіка для реж ма shutdown, програмований час deadtime IRS2111 IR2111 SOIC / DIP UVLO VCC і VBS IRS2153D IR2153 SOIC / DIP Вбудовані бутстрепние діоди, 50% робочий цикл, deadtime = 1,1 мкс IRS21531D IR21531 SOIC / DIP Вбудовані бутстрепние діоди, 50% робочий цикл, deadtime = 0,6 мкс IRS2166D IR2166 SOIC / DIP Вбудовані бутстрепние діоди, програмований час deadtime, ККМ + схема електронного баласту IRS2168D IR2167 SOIC / DIP Вбудовані бутстрепние діоди, програмований час deadtime, ККМ + схема електронного баласту IRS2183 IR2183 SOIC / DIP Вихідний струм 1, 9 / 2,3 А; UVLO VCC і VBS IRS21384 IR21834 SOIC / DIP Вихідний струм 1,9 / 2,3 А; UVLO VCC і VBS, програмований час deadtime IRS2184 IR2184 SOIC / DIP Вихідний струм 1,9 / 2,3 А; UVLO VCC і VBS, вхідні логіка для режиму shutdown IRS21844 IR21844 SOIC / DIP Вихідний струм 1,9 / 2,3 А; UVLO VCC і VBS, програмований час deadtime, вхідні логіка для shutdown IRS2302 IR2302 DIP Вхідна логіка для режиму shutdown, UVLO VCC і VBS IRS2304 IR2304 SOIC / DIP UVLO VCC і VBS IRS2308 IR2308 SOIC / DIP UVLO VCC і VBS IRS2540 - SOIC / DIP Автоматичний перезапуск, deadtime = 140 нс IRS2541 - SOIC / DIP Автоматичний перезапуск, deadtime = 140 нс Драйвери одноканальні (Single Channel Driver) IRS2117 IR2117 SOIC / DIP Вихідний сигнал сінфазен з вхідним IRS2118 IR2118 SOIC / DIP Вихідний сигнал в протифазі з вхідним IRS2127 IR2127 SOIC / DIP Наявність входу для підключення датчика струму, вхідний і вихідний сигнал синфазних IRS2128 IR2128 SOIC / DIP Наявність входу для підключення датчика струму, вхідний і вихідний сигнал в протифазі IRS21851 - SOIC Вихідний струм ± 4 А Драйвери нижнього ключа (Low Side Driver) IRS4426 IR4426 SOIC / DIP Вихідний струм 2,3 / 3,3 А IRS4427 IR4427 SOIC / DIP Вихідний струм 2,3 / 3, 3 А IRS4428 IR4428 SOIC / DIP вихідний струм 2,3 / 3,3 А Мостовий драйвер (Full-Bridge Driver) IRS2453D - SOIC / DIP Вбудовані бутстрепние діоди, вихідний струм 180/260 мА, мікропотужні схема запуску
БУТСТРЕПНАЯ СХЕМА УПРАВЛІННЯ
Часто через занадто великого вхідного напруги для транзисторів верхнього плеча застосовується відносно проста і недорога бутстрепная схема управління (схема з «плаваючим» джерелом живлення). У такій схемі тривалість імпульсу обмежена величиною бутстрепной ємності. Крім того, необхідно забезпечити умови для його постійного заряду за допомогою високовольтного швидкодіючого каскаду зсуву рівня. International Rectifier застосовує свою запатентовану схему каскаду зсуву рівня на високовольтних транзисторах MOSFET. Каскад зсуву рівня передає логічний сигнал схемою управління транзисторів верхнього плеча. International Rectifier випускає драйвери, розраховані на перепад напруги до 600 В (серія IR21xx і нова серія IRS21xx) і до 1200 В (серія IR22xx і нова серія IRS22xx). Каскад зсуву рівня містить генератор, що формує короткі імпульси, що збігаються з фронтами вхідного логічного сигналу, дискримінатор імпульсів і RS-тригер (засувку) для формування сигналу управління вихідним транзистором верхнього плеча. Така побудова схеми управління дозволяє різко знизити струм споживання верхнього каскаду драйвера. Принцип роботи бутстрепной схеми управління для полумостового каскаду проілюстрований на малюнку 4. Червоним кольором виділені основні компоненти, активні в даний момент роботи схеми.
Мал. 4. Принцип роботи бутстрепной схеми для полумостового каскаду
Крім формування струму затвора MOSFET і IGBT драйвери International Rectifier мають ряд дуже важливих додаткових функцій:
- захист від короткого замикання (Short Circuit Protection);
- захист від перевантаження по струму (Overcurrent Protection);
- захист від замикання за низькій напрузі харчування і управління (Under Voltage LockOut - UVLO). Для ключів вихідного каскаду зниження напруги управління дуже небезпечно. У цьому випадку транзистор може перейти в лінійний режим і може статися катастрофічний відмову через перегрів кристала. Для виключення такого режиму практично у всіх сучасних драйвери MOSFET і IGBT є схема UVLO. Всі драйвери International Rectifier витримують фронти напруги до 50 В / нс. Цей параметр називається dv / dt immune. Він характеризує високу стійкість до режиму замикання, який, як відомо, дуже небезпечний для високовольтних імпульсних схем.
Пошук на сайті IR (www.irf.com) функціонально близьких замін з нового покоління G5 для драйверів попередніх поколінь.
Інженери International Rectifier склали велику кількість таблиць для порівняння параметрів нових драйверів G5 з високовольтними мікросхемами попередніх поколінь. Наприклад, при пошуку порівняльної таблиці для драйверів IR2110 в форматі PDF необхідно на сайті IR в вікні пошуку набрати «PDF G5HVIC IR2110» і відзначити "Site Search" (пошук по всьому сайту). Необхідно звернути увагу на те, що G5HVIC необхідно набирати разом. (Див. Рис. 5).
Мал. 5. Перше вікно для пошуку параметрів нових функціонально близьких драйверів G5
Пошук по сайту проводиться засобами відомого пошукового механізму Google (див. Рис. 6 з посиланнями на результати пошуку).
Мал. 6. Знайдені посилання з результатами пошуку порівняльної таблиці параметрів нових драйверів G5 і ІС попередніх поколінь
Знайдений PDF файл містить декілька сторінок. Сторінка з порівняльною таблицею, фрагмент якої показаний на малюнку 7, знаходиться в кінці файлу. Автор навмисне не став переводити назви параметрів, щоб не вводити читача в оману. З іншого боку, є повна впевненість, що в даному конкретному випадку це і не потрібно. Аналогічним способом пошуку читач може знайти порівняльні таблиці для інших драйверів ранніх поколінь, наведених у таблиці 1.
Мал. 7. Знайдена порівняльна таблиця з параметрами для IR2110 і функціонально близьких до них нових драйверів покоління G5
НОВІ G5 ДРАЙВЕРИ
Необхідно звернути увагу на нові драйвери International Rectifier покоління G5:
- IRS2453D - мостовий 600-вольта драйвер з вбудованими бутстрепнимі діодами і генератором. Вихідні струми драйвера складають 180/260 мА. Мікропотужні схема запуску, вбудований стабілітрон 15,6 В з харчування Vcc, відмінний захист від замикання, час паузи (deadtime) становить 1,5 мкс, наявність входу shutdown;
- IRS2186, IRS21864 - 600-вольт драйвери нижнього і верхнього рівнів. Вихідні струми драйверів складають ± 4 А, сумісність з логікою управління 3,3 і 5 В, захист від зниженої напруги, поліпшені показники надійності;
- IRS21851S - одиночний 600-вольта драйвер верхнього рівня. Вихідні струми ± 4 А, тривалість фронтів при наростанні і спаді напруги близько 170 нс, захист від зниженої напруги, поліпшені показники надійності.
З питань отримання технічної інформації, замовлення зразків і постачання звертайтеся в компанію КОМПЕЛ.
Е-mail: [email protected] .
Нові 25-вольт DirectFET-транзистори
Корпорація International Rectifier анонсувала три нових 25 В DirectFET® - керуючий МОП-транзистор IRF6622 і МОП-транзистори синхронного випрямлення IRF6628 і IRF6629.
Нові транзистори розроблені для підвищення об'ємної щільності енергії, ККД і теплових характеристик VRM-модулів і вузлів живлення процесорів серверів і телекоммуні-
ційний обладнання.
Нові DirectFET більш кращі для 12 В додатків завдяки вищому запасу по напрузі в порівнянні з 20 В аналогами і меншими втратами потужності, ніж 30 В транзистори. Керуючий транзистор IRF6622 забезпечує мінімальні втрати на перемикання завдяки ультранизьким заряду затвора 12 нк. Транзистори синхронного випрямлення IRF6628 і IRF6629 оптимізовані для низьких втрат на провідність і мають дуже низьке RDS (on), 1,9 мОм і 1,6 мОм, відповідно. IRF6622 випускається в корпусі малого типорозміру SQ, а IRF6628 і IRF6629 - в корпусі середнього типорозміру MX.
Нові транзистори призначені для застосування в DC / DC-конверторах з діапазоном струмів в фазі 20-30 А. В 5-фазних конверторах з 12 В харчуванням і вихідною напругою 1,3 В, що працюють на частоті 300 кГц, пара транзисторів IRF6622 і IRF6628 на фазу спільно з ІС XPhase® забезпечує ККД конвертора 88% на вихідному струмі 130 A, а пара IRF6622 і IRF6629 дає при тих же умовах ККД 88,5%.
джерело: http://www.irf.com/
Про компанію Int. Rectifier
У 2015 році компанія Infineon придбала компанію International Rectifier, тим самим значно посиливши свої лідируючі позиції в області силової електроніки. ...Читати далі