Технологія драйверів SCALE

3 Технологія драйверів SCALE

Драйвери SCALE фірми Concept побудовані на спеціально розробленому наборі мікросхем, що дозволило їх зробити компактнішими, менш дорожчими і в той же час досягти значно кращих технічних характеристик, ніж у інших продуктів, існуючих сьогодні на ринку.

Щоб задовольнити різноманітні вимоги по продуктивності, числу каналів, характеристикам ізоляції, драйвери SCALE були розроблені в різних версіях. На блок-схемі, представленій на Рисунку 3, показаний двоканальний драйвер. У трифазній версії всі компоненти представлені в потрійному об'ємі, плюс осцилятор ШІМ. У кожному каналі присутня електрична розв'язка між управляючою і силовою частиною, захист силових транзисторів по струму і від короткого замикання, схема моніторингу живлення, розпізнавання статусу, а також ізольоване імпульсне джерело живлення для управляючої логіки (перетворювач DC/DC).

Рисунок 3. – Блок-схема2-канального драйвера SCALE

Першим будівельним блоком чипсета драйверів SCALE є інтерфейс до блоку електронного управління LDI (Logic to Driver Interface). Блок LDI управляє кожним з двох каналів через відповідний імпульсний трансформатор, на входи якого поступають сигнали ШІМ. Імпульсні трансформатори служать не лише для електричної розв'язки управляючої інформації, але і для передачі у зворотному напрямі статусної інформації по кожному з каналів на LDI. Другим блоком чипсета є інтелектуальний драйвер IGD (Intelligent Gate Driver) для кожного з каналів, який приймає імпульсно-кодовий сигнал від трансформатора і переводить його у форму ШІМ. Потім сигнал ШІМ проходить через підсилювач для досягнення вентильним струмом величини, достатньої для управління силовою частиною. Крім того, IGD виконує функції захисту, що оберігає силові ключі від небезпечних умов функціонування.

До складу драйверів SCALE входять мініатюрні імпульсні трансформатори, які забезпечують дуже хорошу ізоляцію каналів і малі паразитні ємністі. Технологія трансформаторів фірми Concept заснована на десятилітньому досвіді проектування сигнальних трансформаторів для інтелектуальних драйверів. Імпульсні трансформатори володіють наступними перевагами: мінімальні часи затримки, стабільність параметрів, необхідна напруга ізоляції і максимальний термін служби. Вірогідність відмови (MTBF) імпульсного трансформатора в 20 разів нижча, ніж у оптопари, і до 200 разів нижче, ніж у оптоволоконного стику. Виключно висока перешкодостійкість (dV/dt і 100 кВ/мкс) дозволяє використовувати драйвери SCALE для додатків з високими значеннями різниць і стрибків потенціалів між силовим блоком і управляючою частиною. Напруги ізоляції для різних версій драйверів SCALE вказані у відповідних Data Sheets.

Драйвери Concept поза конкуренцією зважаючи на безпрецедентну якість передачі сигналів управління. Час розповсюдження сигналів у драйверів SCALE складає близько 300–350 нс, що менше, ніж у конкуруючих продуктів. Затримки по позитивному і негативному фронтах повністю симетричні і постійні у всьому робочому температурному діапазоні. Практично немає відмінностей між часами затримки для різних драйверів, що вельми важливе при запаралелюванні пристроїв. Проходження сигналу відбувається практично без брязкоту, завдяки чому вирішаються всі проблеми калібрування в приводних і конверторних додатках.

Вентильне управління з біполярною напругою ±15 В забезпечує надійне функціонування IGBT модулів. Зважаючи на високу перешкодостійкість драйвера декілька силових MOSFET або IGBT модулів можуть бути підключені до нього паралельно. Драйвер спроектований таким чином, що його підключення здійснюється дуже просто і підтримується безперешкодне проходження логічного сигналу (вхідний сигнал -> схема управління -> силові транзистори).

4 Концепція захисту драйверів SCALE

У кожному каналі драйвера SCALE передбачений пристрій моніторингу Vce, який інакше називається колекторним датчиком. Резистор Rth на рисунку 4 використовується для визначення порогу виключення.

Рисунок 4. Принцип моніторингу Vce

Протягом часу відгуку між включенням транзистора і його переходом в стан насичення пристрій моніторингу Vce неактивний. При виникненні Vce або помилки рівня напруги спрацьовує блокування силового ключа, і драйвер стає несприйнятливий до управляючих сигналів. Це виконується автономно в кожному з каналів драйвера і без участі блоку IGD 001. Блокування спрацьовує негайно досягши порогу напруги на резисторі Rth. При одночасній зміні управляючого сигналу на блок LDI 001 передається інформація про помилку для запам'ятовування. Після цього драйвер ігнорує будь-який управляючий сигнал протягом інтервалу блокування. За відсутності змін сигналу управління інформація про помилку продовжує зберігатися на LDI 001 після закінчення блокування і стирається коротким негативним імпульсом на вході VL/Reset. Інформація про помилку стирається також автоматично під час вступу управляючого сигналу після інтервалу блокування. Останній випадок показаний на рисунку 5.

Рисунок 5. – Захист від короткого замикання і холостого ходу.

5. Режими роботи драйверів SCALE

Драйвери SCALE можуть працювати в одному з двох режимів: стандартному (direct mode) і напівмостовому (half-bridge mode).

Рисунок 6. – Асиметричний міст - приклад включення в стандартному режимі

У стандартному режимі обидва канали завжди управляються одночасно, як це показано для асиметричного напівмоста на рисунку 6. З цієї причини входи InA і InB сполучені разом і запрограмовані на рівень 15 В. Вход VL/Reset підключений до шини VCC через опір. Для вибору стандартного режиму вхід режиму MOD також підключений до VCC. Висновки RC1 і RC2 в стандартному режимі обов'язково підключені до шини GND. Для генерації інтервалу мертвого часу в стандартному режимі можуть використовуватися зовнішні регулятори. Виходи статусу SO1 і SO2 працюють роздільно, так що пристрій контролю може визначити, який з каналів видає помилку. Тимчасові діаграми для даної схеми приведені на рисунку 7.

Рисунок 7. – Часові діаграми схеми на рисунку

У режимі напівмоста задіяні обидва канали драйвера SCALE, і він формує необхідний інтервал мертвого часу від 100 мс до одиниць мкс, який визначається постійною часу зовнішніх RC-ланцюгів, що підключаються. Обидва силові ключі вимикаються при подачі на вхід дозволу InB логічного нуля. Приклад схеми включення драйвера в режимі напівмоста з генерацією інтервалу мертвого часу приведений на рисунку 8.

Оскільки силова частина є типовою напівмостовою схемою інвертування напруги, те IGBT транзистори не можуть перемикатися одночасно. Для вибору режиму напівмоста вхід MOD підключений до шини GND. Вхід InA є входом ШІМ, а вхід InB — входом дозволу. За допомогою стабілітрона 4V7, підключеного до входу VL/Reset, тригери Шмідта на входах InA і InB програмуються на рівні TTL. Два виходи статусу SO1 і SO2 сполучені разом для отримання сигналу помилки по обох каналах одночасно. До входів RC1 і RC2 підключені RC-ланцюги 10 кОм/ 100 пФ, що дозволяє одержати інтервал мертвого часу близько 500 нс. Тимчасові діаграми для даної схеми приведені на рисунку 9.

Рисунок 8. – Приклад включення в режимі напівмоста з генерацією інтервалу мертвого часу

Рисунок 9. – Часові діаграми

Фірми Concept і Eupec є учасниками програми стратегічної кооперації, яка припускає взаємний продаж продуктів і сумісну розробку нових виробів. Фірма eupec є світовим лідером у виробництві силових компонентів і пропонує широку гамму силових IGBT-модулів з різною внутрішньою конфігурацією, діодні і тірісторні модулі.

Вироби eupec використовуються в могутніх приводах, джерелах живлення, на електротранспорті, в медичній техніці, в зварювальному устаткуванні, установках індукційного нагріву. З іншими продуктами фірм Concept і Eupec можна ознайомитися на сайтах www.igbt-driver.com і www.eupec.de, на наших інтернет-сторінках або ж в керівництві користувача.

6. Високовольтний імпульсний драйвер MOSFET з синхронним випрямлянням від фірми Intersil

Прилад ISL6208 є високочастотним здвоєним драйвером MOSFET, який оптимізован під управління двома n-канальними потужними MOSFET в топології імпульсного знищуючого перетворювача. Прилад орієнтований на використовування в мобільних обчислювальних застосуваннях, для яких необхідні висока економічність і відмінні теплові характеристики. Об'єднання драйвера з багатофазним Buck PWM контролером фірми Intersil забезпечує створення закінченого рішення однокаскадного перетворювача живлення для ядер сучасних мобільних мікропроцесорів. FET