Драйвер для полевого транзистора на биполярных транзисторах: Драйвер мощных полевых транзисторов MOSFET для низковольтных схем — radiohlam.ru

Драйвер мощных полевых транзисторов MOSFET для низковольтных схем — radiohlam.ru

Всем хороши мощные полевые транзисторы MOSFET, кроме одного маленького нюанса, — подключить их напрямую к выводам микроконтроллера зачастую оказывается невозможно.

Это, во-первых, связано с тем, что допустимые токи для микроконтроллерных выводов редко превышают 20 мА, а для очень быстрых переключений MOSFET-ов (с хорошими фронтами), когда нужно очень быстро заряжать или разряжать затвор (который всегда обладает некоторой ёмкостью), нужны токи на порядок больше.

И, во-вторых, питание контроллера обычно составляет 3 или 5 Вольт, что в принципе позволяет управлять напрямую только небольшим классом полевиков (которые называют logic level — с логическим уровнем управления). А учитывая, что обычно питание контроллера и питание остальной схемы имеет общий минусовой провод, этот класс сокращается исключительно до N-канальных «logic level»-полевиков.

Одним из выходов, в данной ситуации, является использование специальных микросхем, — драйверов, которые как раз и предназначены для того, чтобы тягать через затворы полевиков большие токи.

Однако и такой вариант не лишён недостатков. Во-первых, драйверы далеко не всегда есть в наличии в магазинах, а во-вторых, они достаточно дороги.

В связи с этим возникла мысль сделать простой, бюджетный драйвер на рассыпухе, который можно было бы использовать для управления как N-канальными, так и P-канальными полевиками в любых низковольтных схемах, скажем вольт до 20. Ну, благо у меня, как у настоящего радиохламера, навалом всякой электронной рухляди, поэтому после серии экспериментов родилась вот такая схема:

1. R₁=2,2 кОм, R₂=100 Ом, R₃=1,5 кОм, R₄=47 Ом
2. D₁ — диод 1N4148 (стеклянный бочонок)
3. T₁, T₂, T₃ — транзисторы KST2222A (SOT-23, маркировка 1P)
4. T₄ — транзистор BC807 (SOT-23, маркировка 5C)

Ёмкость между Vcc и Out символизирует подключение P-канального полевика, ёмкость между Out и Gnd символизирует подключение N-канального полевика (ёмкости затворов этих полевиков).

Пунктиром схема разделена на два каскада (I и II). При этом первый каскад работает как усилитель мощности, а второй каскад — как усилитель тока. Подробно работа схемы описана ниже.

Итак. Если на входе In появляется высокий уровень сигнала, то транзистор T1 открывается, транзистор T2 закрывается (поскольку потенциал на его базе падает ниже потенциала на эмиттере). В итоге транзистор T3 закрывается, а транзистор T4 открывается и через него происходит перезаряд ёмкости затвора подключенного полевика. (Ток базы транзистора T4 течёт по пути Э_T4->Б_T4->D1->T1->R2->Gnd).

Если на входе In появляется низкий уровень сигнала, то всё происходит наоборот, — транзистор T1 закрывается, в результате чего вырастает потенциал базы транзистора T2 и он открывается. Это, в свою очередь, приводит к открытию транзистора T3 и закрытию транзистора T4. Перезаряд ёмкости затвора подключенного полевика происходит через открытый транзистор T3. (Ток базы транзистора T3 течёт по пути Vcc->T2->R4->Б

T3->Э_T3).

Вот в общем-то и всё описание, но некоторые моменты, наверное, требуют дополнительного пояснения.

Во-первых, для чего нужны транзистор T2 и диод D1 в первом каскаде? Тут всё очень просто. Я не зря выше написал пути протекания токов базы выходных транзисторов для разных состояний схемы. Посмотрите на них ещё раз и представьте что было бы, если бы не было транзистора T2 с обвязкой. Транзистор T4 отпирался бы в этом случае большим током (имеется ввиду ток базы транзистора), протекающим с выхода Out через открытый T1 и R2, а транзистор T3 отпирался бы маленьким током, протекающим через резистор R3. Это привело бы к сильно затянутому переднему фронту выходных импульсов.

Ну и во-вторых, наверняка многих заинтересует, зачем нужны резисторы R2 и R4. Их я воткнул для того, чтобы хоть немного ограничить пиковый ток через базы выходных транзисторов, а также окончательно подравнять передний и задний фронты импульсов.

Собранное устройство выглядит вот так:

Разводка драйвера сделана под smd-компоненты, причём таким образом, чтобы его можно было легко подключать к основной плате устройства (в вертикальном положении). То есть на основной плате у нас может быть разведён полумост, H-мост или что-то ещё, а уже в эту плату останется только вертикально воткнуть в нужных местах платы драйверов.

Скачать разводку драйвера (DipTrace 2.3)

Разводка имеет некоторые особенности. Для радикального уменьшения размеров платы пришлось «слегка неправильно» сделать разводку транзистора T4. Его перед припаиванием на плату нужно перевернуть лицом (маркировкой) вниз и выгнуть ножки в обратную сторону (к плате).

Ниже приведены осциллограммы работы драйвера для напряжений питания 8В и 16В на частоте 200 кГц (форма входного сигнала — меандр). В качестве нагрузки — конденсатор 4,7 нФ:

Как видите, длительности фронтов практически не зависят от уровня питающего напряжения и составляют чуть больше 100 нс. По-моему, довольно неплохо для такой бюджетной конструкции.

Драйвер для мощного полевого транзистора

Всем хороши мощные полевые транзисторы MOSFET, кроме одного маленького нюанса, — подключить их напрямую к выводам микроконтроллера зачастую оказывается невозможно. Это, во-первых, связано с тем, что допустимые токи для микроконтроллерных выводов редко превышают 20 мА, а для очень быстрых переключений MOSFET-ов с хорошими фронтами , когда нужно очень быстро заряжать или разряжать затвор который всегда обладает некоторой ёмкостью , нужны токи на порядок больше. И, во-вторых, питание контроллера обычно составляет 3 или 5 Вольт, что в принципе позволяет управлять напрямую только небольшим классом полевиков которые называют logic level — с логическим уровнем управления. Одним из выходов, в данной ситуации, является использование специальных микросхем, — драйверов, которые как раз и предназначены для того, чтобы тягать через затворы полевиков большие токи. Однако и такой вариант не лишён недостатков. Во-первых, драйверы далеко не всегда есть в наличии в магазинах, а во-вторых, они достаточно дороги.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Схемы управления MOSFET и IGBT – Полупроводниковая силовая электроника
• Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов
• Бесплатная подписка на журнал «Современная электроника»
• Драйвер для мощных биполярных транзисторов. Драйверы полевых транзисторов
• Силовая часть регулятора BLDC двигателей (RU)
• Управление изолированными затворами MOSFET/IGBT, базовые принципы и основные схемы
• Please turn JavaScript on and reload the page.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Пара очень простых драйверов для MOSFET транзистора.

Схемы управления MOSFET и IGBT – Полупроводниковая силовая электроника

Благодаря отрицательному температурному коэффициенту тока короткого замыкания, появилась возможность создавать транзисторы, устойчивые к короткому замыканию. Для ключевых элементов с управляющим затвором опасным также является состояние, когда напряжение управления падает до значения, при котором транзистор может перейти в линейный режим и выйти из строя из-за перегрева кристалла.

Отсутствие тока управления в статических режимах и общее низкое по-требление по цепям питания позволяет отказаться от гальванически изолированных схем управления на дискретных элементах и создать интегральные схемы управления – драйверы.

В настоящее время ряд фирм и прежде всего фирма International Rectifier выпускает широкую гамму таких устройств, управляющих одиночными транзисторами, полумостами и мостами – двух и трехфазными.

Кроме обеспечения тока затвора они способны выполнять и ряд вспомогательных функций, таких, как защита от перегрузки по току, падения напряжения управления и ряд других. В данной статье рассматриваются способы использования серийных драйверов для режимов защиты. Режимы короткого замыкания Рис.

Чаще всего это аварийные случаи, такие как пробой на корпус или замыкание нагрузки. Перегрузка может быть вызвана и особенностями схемы, например переходным процессом или током обратного восстановления диода оппозитного плеча. Такие перегрузки должны быть устранены схемотехническими методами: применением цепей формирования траектории снабберов , выбором резистора затвора, изоляцией цепей управления от силовых и др. Подробно поведение транзисторов в режимах короткого замыкания КЗ дано в 1.

Включение транзистора при коротком замыкании в цепи нагрузки Рис. Все графики получены при анализе реальных схем с помощью программы PSpice. Максимальный ток в цепи коллектора транзистора ограничен напряжением на затворе и крутизной транзистора.

Из-за наличия емкости в цепи питания, внутреннее сопротивление источника питания не влияет на ток КЗ. В момент включения ток в транзисторе нарастает плавно из-за паразитной индуктивности LS в цепи коллектора средний график на рис.

По этой же причине напряжение имеет провал нижний график. После окончания переходного процесса к транзистору приложено полное напряжение питания, что приводит к рассеянию колоссальной мощности в кристалле. Режим КЗ необходимо прервать через некоторое время, необходимое для исключения ложного срабатывания.

Это время обычно составляет мкс. Естественно, что транзистор должен выдерживать перегрузку в течение этого времени. Короткое замыкание нагрузки у включенного транзистора Принципиальная схема и эпюры напряжения, соответствующие этому режиму, приведены на рис. Как видно из графиков, процессы в этом случае происходят несколько иначе.

Ток, как и в предыдущем случае ограниченный параметрами транзистора, нарастает со скоростью, определяемой паразитной индуктивностью Ls Средний график на рис. Прежде, чем ток достигнет установившегося значения, начинается рост напряжения Vce нижний график.

Напряжение на затворе возрастает за счет эффекта Миллера верхний график. Соответственно возрастает и ток коллектора, который может превысить установившееся значение. В этом режиме кроме отключения транзистора необходимо предусмотреть и ограничение напряжения на затворе.

Однако уменьшение этого напряжения приводит к повышению напряжения насыщения и, следовательно, к увеличению потерь проводимости. Устойчивость к КЗ тесно связана и с крутизной транзистора. IGBT с высоким коэффициентом усиления по току имеют низкое напряжение насыщения, но небольшое допустимое время перегрузки. Как правило транзисторы, наиболее устойчивые к КЗ имеют высокое напряжение насыщения и, следовательно, высокие потери. Обычно он равен кратному номинальному току при допустимых напряжениях на затворе.

Ведущие фирмы, такие как International Rectifier, Siemens, Fuji выпускают транзисторы, выдерживающие без повреждения такие перегрузки. Этот параметр оговаривается в справочных данных на транзисторы и называется Short Circuit Ration.

Быстрая реакция схемы защиты вообще полезна для большинства применений. Использование таких схем защиты в сочетании с высокоэффективными IGBT повышают эффективность работы схемы без снижения надежности. Применение драйверов IR для защиты от КЗ Рассмотрим методы отключения транзисторов в режиме перегрузки на примере драйверов фирмы International Rectifier, так как эти микросхемы позволяют реализовать функции защиты наиболее полно.

Драйвер одиночного транзистора На рис. Для этой цели используется вывод 6 – CS. Напряжение срабатывания защиты – мВ. Это необходимо для исключения ложных срабатываний. Данная функция реализована в микросхеме IR Конденсатор С1, подключенный к выводу ERR, определяет время анализа состояния перегрузки. На это время включается схема стабилизации тока коллектора и напряжение на затворе снижается.

Если состояние перегрузки не прекращается, то через 10мкс транзистор отключается полностью. Отключение защиты происходит при снятии входного сигнала, что позволяет пользователю организовать триггерную схему защиты.

При использовании такой защиты особое внимание следует уделить выбору времени повторного включения, которое должно быть больше тепловой постоянной времени кристалла силового транзистора. Тепловая постоянная времени может быть определена из графика теплового импеданса Zthjc. Описанный способ включения транзистора имеет свои недостатки. Резистор RSENSE должен быть мощным и безындуктивным серийно выпускаемые витые мощные резисторы имеют недопустимо высокую паразитную индуктивность.

Кроме того он создает дополнительные потери мощности, что снижает эффективность схемы. На рис. В этой схеме для анализа ситуации перегрузки используется зависимость напряжения насыщения от тока коллектора. Для MOSFET транзисторов эта зависимость практически линейна, так как сопротивление открытого канала мало зависит от тока стока.

Для анализа состояния перегрузки по напряжению насыщения измерительный резистор не требуется. При подаче положительного управляющего сигнала на затвор, на входе защиты драйвера SC появляется напряжение, определяемое суммой падения напряжения на открытом диоде VD2 и на открытом силовом транзисторе Q1 и делителем R1, R4, который задает ток срабатывания. Падение напряжения на диоде практически неизменно и составляет около 0,5В. Диод VD2, как и VD1 должен быть быстродействующим и высоковольтным.

Такая ситуация может возникнуть как при повреждении низковольтного источника питания, так и при неправильном выборе бутстрепной емкости С2. Величина емкости С2 должна вычисляться исходя из тока затвора силового транзистора и минимальной частоты следования импульсов. Если возможно пропадание импульсов, необходимо использовать “плавающий” источник питания.

Данный способ защиты является наиболее предпочтительным и использовать первую схему целесообразно только тогда, когда нужно точное задание тока защиты. Драйвер трехфазного моста На рис. Для этой цели используется вход ITR. Он также имеет встроенный усилитель тока нагрузки, что позволяет вырабатывать контрольные сигналы и сигналы обратной связи.

Драйвер формирует время задержки deadtime между включением транзисторов верхнего и нижнего плеча для исключения сквозных токов. Это время составляет мкс. Для правильного использования указанной микросхемы и создания на ее основе надежных схем надо учитывать несколько нюансов. По этой причине постоянная времени цепочки R1C1, предназначенной для задержки включения защиты, не должна превышать 1мкс. Разработчик должен учитывать это обстоятельство и рассчитывать, что отключение моста произойдет через 1мкс после возникновения КЗ, в результате чего ток особенно при активной нагрузке может превысить расчетное значение.

Это необходимо учитывать при выборе силовых транзисторов и резисторов затвора для них. Длительность переходных процессов, связанных с переключением, должна быть меньше времени задержки, формируемого драйвером мкс. Применение очень мощных транзисторов с большими паразитными емкостями может привести к ложному открыванию транзистора нижнего плеча при открывании верхнего из-за эффекта Миллера. Уменьшение резистора затвора или использование диода, параллельного этому резистору не всегда решает проблему по причине недостаточного тока выключения мА.

В этом случае рационально применение усилителя тока. В качестве него могут быть использованы буферные каскады или полумостовые драйверы IRX. Указанные обстоятельства обычно не создают проблем, и данная микросхема на сегодняшний день является оптимальным элементом для управления трехфазными мостовыми усилителями. Материалы по применению.

Издательство “Додека”, М. Поиск по сайту:. По базе:. Мероприятия: Реклама:. Реклама на сайте О проекте Карта портала тел.

Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов

Разработчику энергосберегающей аппаратуры, который использует современную элементную базу силовой электроники, необходимо уметь правильно организовывать структуру управления мощными силовыми полупроводниковыми приборами. Ниже рассмотрим наиболее часто встречающиеся на практике случаи организации такого управления. В зависимости от конкретной ситуации можно использовать управление КМОП -логикой, эмитгерными повторителями, схемами управления с разделением цепей заряда и разряда входной емкости. Рассмотрим особенности организации управления с помощью КМОП -логики. На рис. КМОП инвертор. Напряжение питания КМОП инвертора может изменяться в широких пределах.

Двухтактный драйвер на биполярных транзисторах. Современные драйверы IGBT и мощных полевых транзисторов. Включение транзистора при.

Бесплатная подписка на журнал «Современная электроника»

Современные концепции развития силовой электроники, уровень технологического базиса современной микроэлектроники обуславливают активное развитие систем, построенных на IGBT-приборах различной конфигурации и мощности. В то же время применение и развитие систем на IGBT-модулях ограничивается отсутствием отечественных драйверных устройств для управления затворами IGBT. Эта проблема также актуальна для мощных полевых транзисторов, используемых в преобразовательных системах с напряжением до В. Также отсутствуют необходимые статусные сигналы с гальванической развязкой. Драйверы CT Concept серии Standart и драйверы SKHI выполнены в видепечатных плат с разъемами для подключения к системе управления и управляемым транзисторам с установленными на них необходимыми элементами и с возможностью установки настроечных элементов потребителем. По своим функциональным и параметрическим особенностям изделия близки. Драйверы SCALE фирмы CT Concept выполнены на основе базовой гибридной сборки и включают основные элементы для управления мощными полевыми или IGBTтранзисторами, которые смонтированы на печатной плате, с возможностью установки необходимых настроечных элементов. Плата оснащена также необходимыми разъемами и гнездами. Модуль обеспечивает согласование по уровням токов и напряжений с большинством IGBT и мощных полевых транзисторов с предельно допустимым напряжением до В, защиту от перегрузки или КЗ, от недостаточного уровня напряжения на затворе транзистора.

Драйвер для мощных биполярных транзисторов.

Драйверы полевых транзисторов

Проектирование силовой части обычно начинают с выбора ключей. Выбор силовых транзисторов делается на основании данных о максимальном возможный ток и напряжение питающей сети двигателя. Транзисторы должны выдерживать рабочей ток с некоторым запасом. Поэтому выбирают полевые транзисторы с рабочим током в 1. В характеристиках полевых транзисторов может быть указано несколько значений тока для различных режимов.

Благодаря отрицательному температурному коэффициенту тока короткого замыкания, появилась возможность создавать транзисторы, устойчивые к короткому замыканию.

Силовая часть регулятора BLDC двигателей (RU)

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней IR — объяснение и примеры схем DIY или Сделай сам Из песочницы Быть может, после прочтения этой статьи вам не придётся ставить такие же по размерам радиаторы на транзисторы. Перевод этой статьи.

Управление изолированными затворами MOSFET/IGBT, базовые принципы и основные схемы

Весь ассортимент продукции в сети розничных магазинов Вольтмастер. Сегодня оптроны распространены повсеместно. Безопасная оптическая развязка с использованием оптопар используются в самых разнообразных схемах:. Если первой областью применения оптронов была аппаратура цифровой передачи данных где они использовались для подавления синфазных помех и защиты от бросков напряжения , то сегодня широкое распространение получают оптроны в электронных приводах электродвигателей. Основное их предназначение — управлением затвором мощных IGBT транзисторов. Компания Avago выпускает две линейки оптопар для управления затвором мощных IGBT и полевых транзисторов: это стандартные и интегрированные компоненты. Вторые помимо функции опторазвязки имеют дополнительные схемы защиты, представляя, таким образом, готовое завершенное изолированное решение для управления затворами транзисторов.

мощными транзисторами наталкиваются на определённые сложности. Рис. 2. Распределение семейств микросхем драйверов Texas Instruments в.

Please turn JavaScript on and reload the page.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком.

Описаны основные проблемы, формирующие требования к силовой части драйверов мощных ключей на основе структур с изолированным затвором МОП- и биполярных транзисторов с изолированным затвором. Проведен анализ типовой структуры силовой части драйвера и рассмотрены вопросы, связанные с реализацией основной функции такого драйвера — обеспечения оптимальных режимов включения и выключения силового ключа. Показаны ограничения по оптимизации процессов переключения, возникающие при использовании большинства современных драйверов отечественного и зарубежного производства. Предложены топологии, позволяющие устранить имеющуюся на данный момент противоречивость требований к величине импеданса цепей перезаряда входной ёмкости структур с изолированным затвором. Оптимизация импеданса цепи перезаряда затворной емкости за счет новых топологий и алгоритмов управления ключами силовой части драйвера позволит существенно снизить потери на переключение и увеличить частоту коммутации, что в свою очередь улучшит массогабаритные показатели устройств, использующих такие драйверы. Смоделированы процессы перезаряда входной емкости ключей на основе структур с изолированным затвором с использованием программы схемотехнического моделирования Micro-Cap

Перезаряд этих емкостей осуществляется устройством управления драйвером , от параметров которого во многом зависят характеристики всего преобразовательного устройства. Динамические токи затвора у мощных ключей могут достигать десятков ампер, что является главной проблемой при разработке схемы управления, мощность рассеяния которой должна быть пренебрежимо малой.

В последнее время все более широкое применение и использование в энергетической электронике находят современные полупроводниковые силовые приборы. К сожалению, на территории бывшего Советского Союза производство новых типов полупроводниковых приборов практически прекращено, а выпуск старых постепенно уменьшается, так как они не могут конкурировать с новыми типами зарубежных производителей. Современные типы приборов силовой электроники будут рассмотрены далее. Также будут приведены некоторые схемотехнические решения, позволяющие довольно легко, быстро и дешево обеспечивать надежное управление силовыми ключами при построении различных преобразователей. В современной силовой электронике широкое применение находят полевые транзисторы МОП ПТ, в последнее время все чаще применяются БТИЗ, а вот биполярные транзисторы постепенно сдают свои позиции по применению в энергетике. Также все реже применяются тиристоры.

Мощные полевые MOSFET-транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT-транзисторы являются базовыми элементами современной силовой электроники и используются в качестве элементов коммутации больших токов и напряжений. В большинстве случаев используется следующая классификация высоковольтных драйверов:. На рис. В первом случае рис.

Bi-Polar MOSFET Transistor Driver UPc Interfacing

by Lewis Loflin

Выходное напряжение большинства цифровых схем и микропроцессоров составляет всего пять вольт, максимум несколько миллиампер. Большинству электрических и электронных устройств требуются напряжения и токи, которые разрушат цифровые схемы, поэтому мы должны полагаться на то, что я в широком смысле назову схемами драйверов. Выше показан цифровой выход, управляющий типичными маломощными светоизлучающими диодами.

На этой странице мы рассмотрим схемы управления транзисторами, использующие как биполярные транзисторы, так и силовые МОП-транзисторы, и будем использовать их в качестве электрических переключателей. Также обратите внимание на концепцию приемника/источника.

Когда «переключатель» подает напряжение (на «горячей» стороне), например, домашний выключатель света, мы говорим, что переключатель «выдает» напряжение. Если мы поместим переключатель на нейтральную сторону нагрузки, мы говорим, что «погружаем» напряжение. Во всех приведенных ниже примерах предполагается наличие отрицательного общего общего.

Выше показана наиболее распространенная схема драйвера транзистора. Он состоит из биполярного транзистора NPN, управляющего мощным светодиодом, подключенным к 12-вольтовой батарее. У нас есть минусовая земля аккумулятора, привязанная к цифровой земле. Обратите внимание, что цифровой «ВЫСОКИЙ» соответствует 5 вольт, а цифровой «НИЗКИЙ» — ноль вольт.

«ВЫСОКИЙ» переключается на 5 вольт внутри «чипа» микроконтроллера, а «НИЗКИЙ» переключается на землю внутри «чипа». Другое цифровое состояние известно как плавающее, которое, как следует из названия, не привязано ни к чему.

В этом примере цифровое «HIGH» на входе «источает» ток в базе/эмиттере транзистора Q1 (ограниченный резистором R1), что вызывает больший ток в цепи коллектор/эмиттер и через светодиод-резистор.

Если Q1 имеет коэффициент усиления 50 и ток базы через R1 равен 5 мА, то ток коллектора будет 250 мА.

В данном случае это всего 100 мА, ограниченное светодиодом. Во многих из этих транзисторных схем R1 колеблется от 1000 до 2200 Ом на 5 вольт.

В этом примере мы используем транзистор Дарлингтона NPN. Они имеют очень высокий коэффициент усиления и требуют небольшого базового тока. На самом деле это два транзистора с общими коллекторами и эмиттерами одного, подключенными к базе другого. Если бы коэффициент усиления каждого транзистора был равен 100, то общий коэффициент усиления составил бы 100 х 100 = 10 000.

Здесь мы бы сказали, что транзистор «поглощает» ток. В случае использования TIP120 R2 должно быть 1000 Ом.

В этом примере мы используем PNP Darlington. (TIP125) Когда Q2 включается, ток течет через Rc, включая Q2. Здесь Q2 будет «источником» нагрузки. В случае использования 12-вольтовых Rc и Rb должно быть 2200 Ом.

Внутренние схемы двух вышеупомянутых Дарлингтонов имеют противоположную электрическую полярность. Диоды служат для защиты транзисторов от перенапряжений, возникающих при переключении магнитных нагрузок.

Включение МОП-транзистора

Вот базовый драйвер, использующий N-канальный МОП-транзистор. В отличие от биполярных транзисторов, МОП-транзисторы работают от напряжения, а не от тока. Электрический заряд (напряжение) на затворе (G) относительно источника (S) включит устройство.

Единственной целью Rg (10K) является сброс любого оставшегося заряда на клемме затвора для отключения транзистора. В этом случае мы «утопим» груз.

В этом примере мы используем силовой МОП-транзистор с P-каналом. Клемма источника (S) подключена к плюсу источника питания, и пока Q1 выключен (нет 5 вольт), у нас есть 12 вольт на коллекторе (C) Q1.

При подаче 5 вольт Q1 включается, сбрасывая напряжение коллектора до нуля. Q2 включится и «подключит» нагрузку. Rg должно быть 10000 Ом.

Летом мы рассмотрели несколько схем драйверов биполярных транзисторов и полевых МОП-транзисторов. Все они имеют недостаток в том, что они должны быть электрически подключены к низковольтным цифровым схемам. С помощью оптоизоляторов мы можем при желании полностью отделить это соединение высоковольтных источников питания от низковольтных цифровых цепей.

На самом деле мы можем даже изменить полярность источников питания более высокого напряжения без учета общего отрицательного заземления цифровой схемы.

См. Часть 2: Драйверы оптоизолированных транзисторов для микроконтроллеров.

• Быстрая навигация по этому сайту:
• Базовое обучение электронике и проекты
• Основные проекты твердотельных компонентов
• Проекты микроконтроллеров Arduino
• Электроника Raspberry Pi, программирование

• ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона с примерами схем
• Учебное пособие по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125
• Управление транзисторами Дарлингтона 2N3055-MJ2955
• Общие сведения о биполярных транзисторных переключателях
• Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
• Учебное пособие по силовым P-канальным переключателям MOSFET
• H-мост управления двигателем с мощными МОП-транзисторами
• Управление высоковольтным двигателем H-Bridge на базе IR2110, управляемое Arduino
• Управление высоковольтным мостом постоянного тока на базе IGBT
• Дополнительные примеры схем H-моста MOSFET
• Сборка высокомощного транзисторного управления двигателем H-Bridge

• Родственный:
• Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
• Учебное пособие по силовым P-канальным переключателям MOSFET
• Испытание силовых МОП-транзисторов, наблюдения
• Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов
• Базовые схемы тестирования транзисторов MOSFET
• Цепи переключения высоковольтных полевых МОП-транзисторов
• Почему ваши MOSFET-транзисторы становятся горячими YouTube
• Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов YouTube
• Простые схемы для тестирования MOSFET-транзисторов YouTube

См. следующие спецификации:

• irfz44n.pdf
• irf4905.pdf

• Основные симисторы и SCR
• Цепи постоянного тока с LM334
• LM334 CCS схемы с термисторами, фотоэлементами
• LM317 Цепи источника постоянного тока
• TA8050P H-образный блок управления двигателем
• Все транзисторы NPN H-Bridge Control Motor Control
• Базовые симисторы и SCR
• Учебное пособие по теории компараторов

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, предоставьте ссылку на мой сайт.

 

4.7: BJT Switching and Driver Applications

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

34242

• Джеймс М. Фиоре
• Муниципальный колледж Mohawk Valley

Как уже упоминалось, изменение \(\beta\) может привести к изменению тока коллектора. Это может вызвать проблемы с производительностью. Например, при управлении светодиодом это может привести к изменению яркости. Но что, если мы намеренно переведем транзистор в режим насыщения? Насыщенность является фиксированным значением. Он по своей сути стабилен и \(\beta\) больше не имеет значения. Фактически, когда BJT насыщается, \(\beta\) вынужден падать до любого значения, необходимого для получения \(I_{C(sat)}\). Нам просто нужно убедиться, что даже самая маленькая \(\beta\) достаточно велика, чтобы вызвать насыщение.

4.7.1: Переключатель насыщения

Хорошим примером этого является схема драйвера светодиода насыщения, показанная на рисунке \(\PageIndex{1}\). Начнем с того, что весь смысл драйвера состоит в том, чтобы разгрузить текущий запрос от предшествующей схемы. Например, мы можем захотеть зажечь светодиод от выхода логического элемента или микросхемы микроконтроллера. Проблема в том, что эти схемы могут выдавать только, скажем, 5 мА, тогда как для достижения желаемой яркости нам может потребоваться более 10 мА. Схема драйвера светодиода используется для преодоления этого ограничения.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Схема драйвера светодиода с насыщением (положительная логика). Примечание. Отрицательная клемма VCC подключена к земле (не показана).

При использовании драйвера логическая схема должна обеспечивать только ток базы, а не ток светодиода. Вот как это работает: если напряжение на логическом входе равно нулю, базового тока не будет. Это означает, что тока коллектора не будет, и поэтому светодиод будет выключен. В этот момент BJT находится в отсечке. Напротив, когда логический уровень становится высоким, все логическое напряжение падает на \(R_B\), за исключением \(V_{BE}\). Это создает \(I_B\). При правильном проектировании этого тока будет достаточно для насыщения биполярного транзистора. BJT действует как переключатель, замыкая цепь между источником постоянного тока, светодиодом и токоограничивающим резистором \(R_C\). Чтобы это работало надежно, мы должны убедиться, что отношение тока насыщения к базовому току намного меньше \(\beta\). Значение 10 или около того гарантирует жесткую насыщенность.

Если мы хотим инвертировать логику, то есть иметь низкий логический уровень для включения светодиода и высокий логический уровень для его отключения, мы можем добиться этого с помощью версии схемы PNP, как показано на рисунке \(\PageIndex{ 2}\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Схема драйвера светодиода с насыщением (отрицательная логика).

Пример \(\PageIndex{1}\)

Определите ток включения светодиода для схемы на рисунке \(\PageIndex{3}\). Предположим, что напряжение логики «включено» составляет 5 вольт, \(V_{LED} = 1,8\) вольт и \(V_{CE(sat)} = 0\).

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Схема для примера \(\PageIndex{1}\).

Сначала найдите базовый ток.

\[I_B = \frac{V_{logic} −V_{BE}}{R_B} \nonumber \]

\[I_B = \frac{5 V −0,7 V}{4,7 k\Omega} \nonumber \ ]

\[I_B = 915 \mu A \nonumber \]

Теперь найдите \(I_{C(sat)}\), убедившись, что BJT находится в насыщении. Это будет ток светодиода.

\[I_{C(sat)} = \frac{V_{CC} −V_{LED}}{R_C} \nonumber \]

\[I_{C(sat)} = \frac{5 V− 1.8V}{330\Омега}\номер\]

\[I_{C(sat)} = 9,7 мА \nonumber \]

Отношение этих двух токов составляет чуть более 10:1. Это гарантирует жесткое насыщение.

Существует множество различных применений переключателей насыщения. Почти везде, где вы можете представить себе использование реле, вы можете рассмотреть транзисторный переключатель. Транзисторный переключатель имеет преимущества небольшого размера, отсутствие изнашиваемых движущихся частей и очень высокую скорость переключения. Реле имеют преимущество при очень высоких токах. На рисунке \(\PageIndex{4}\) показан пример прямого привода двигателя с использованием переключателя BJT с насыщением.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Прямой привод двигателя постоянного тока.

Эта схема используется для управления скоростью двигателя постоянного тока с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией. Скорость двигателя будет зависеть от среднего напряжения, приложенного к нему. Хитрость здесь в том, что вместо того, чтобы подавать на двигатель постоянно изменяющееся напряжение, мы применяем серию импульсов различной ширины. Этих импульсов достаточно, чтобы насытить BJT, заставив его вести себя как переключатель. Эти импульсы настолько быстры, что двигатель не запускается и не останавливается, а поддерживается инерцией. Вместо этого двигатель реагирует на усредненное значение этих импульсов. Если импульсы узкие и широко разнесены, среднее значение будет низким, а скорость двигателя будет низкой. Если импульсы широкие и расположены близко друг к другу, среднее значение будет высоким, а скорость двигателя будет высокой.

Резистор и конденсатор в основании используются для формирования входящего импульса для повышения производительности. Диод на обмотке двигателя особенно важен. Он называется снаббинговым диодом ¹ . Без него на переключающем транзисторе могут возникать сильные и разрушительные переходные процессы. И вот почему: предположим, что BJT включен и полностью проводит ток. Этот ток такой же, как и ток, протекающий через якорь двигателя, который представляет собой не более чем огромную катушку провода. Это означает, что он демонстрирует большую индуктивность. Когда мы закрываем транзистор, мы пытаемся отключить ток якоря, но ток через катушку индуктивности не может измениться мгновенно. В результате обмотка теперь генерирует большое обратное напряжение (также называемое «индуктивным толчком») непосредственно на биполярном транзисторе. То есть обмотка моментально появляется как источник высокого напряжения противоположной полярности и через КВЛ этот потенциал появляется от коллектора к эмиттеру. Это может повредить BJT. Снаббирующий диод эффективно закорачивает обмотку, когда она меняет полярность напряжения, предотвращая большой всплеск. В остальное время диод смещен в обратном направлении и фактически находится вне цепи.

4.7.2: Ненасыщающий драйвер

Также можно создать ненасыщающий переключатель или драйвер. Пример ненасыщающего светодиодного драйвера показан на рисунке \(\PageIndex{5}\).

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Схема драйвера светодиода без насыщения (положительная логика).

Преимущество этой схемы в том, что она требует меньшего тока от логической схемы. К сожалению, он также характеризуется более высокой рассеиваемой мощностью транзистора и требует источника постоянного тока с уровнем выше логического. Работа выглядит следующим образом: Как и в драйвере с насыщением, если логический уровень равен нулю, в петле база-эмиттер не возникает нарастания, и ток коллектора также будет равен нулю. При высоком логическом напряжении через КВЛ по петле база-эмиттер все входное логическое напряжение падает на \(R_E\), за исключением \(V_{BE}\). Это создает \(I_E\), что практически совпадает с \(I_C\) (то есть \(I_{LED}\)).

Эта схема «программирует» ток эмиттера через резистор и логическое напряжение. Поэтому он фиксированный и стабильный. Этот процесс иногда называют начальной загрузкой. Можно сказать, что напряжение эмиттера «самозагружается» в пределах 0,7 вольт от уровня логического входа, сохраняя его стабильным ² . В любом случае, если \(\beta\) меняется, это вызовет обратное изменение \(I_B\) без изменения \(I_C\). Версия PNP с отрицательной логикой также возможна и оставлена ​​в качестве упражнения.

Пример \(\PageIndex{2}\)

Определите ток включения светодиода для схемы на рисунке \(\PageIndex{6}\). Предположим, что напряжение логического включения составляет 5 вольт, \(V_{LED} = 1,8\) вольт и \(\beta\) = 100.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): Пример схемы \(\PageIndex{2}\).

Мы можем найти \(I_C\) напрямую, потому что \(I_C \приблизительно I_E\). Это будет ток светодиода.

\[I_C = \frac{V_{logic}−V_{BE}}{R_E} \nonumber \]

\[I_C = \frac{5V−0.7V}{270\Omega} \nonumber \]

\[I_C = 15,9 мА \номер \]

Обратите внимание, что \(\бета\) не используется. Все, что он говорит нам, это то, что \(I_B = 15,9\) мА/100, или 159 \(\мю\)А. Более высокое \(\бета\) просто приведет к более низкому базовому току.

Для полноты картины можно также отметить, что

\[V_{CE} = V_{CC} −V_{LED} −V_{RE} \nonumber \]

\[V_{CE} = 10 V-1,8V-4,3 В \номер\]

\[V_{CE} = 3,9В \номер\]

Очевидно, что если \(V_{CE}\) равно 3,9 вольт, транзистор не находится в состоянии насыщения.

4.7.3: Повторитель Зенера

В предыдущей главе мы рассмотрели метод регулирования выходного напряжения двухполупериодного выпрямителя с фильтром с помощью стабилитрона. Недостатком этой конкретной схемы является то, что она не была особенно эффективной, потому что потребляла достаточное количество тока, даже когда потребность в токе нагрузки была небольшой. Используя концепцию привязки одного напряжения к другому, как в ненасыщающем переключателе, мы можем создать хорошее усовершенствование — повторитель Зенера.

Повторитель Zener показан на рисунке \(\PageIndex{7}\). Входной сигнал представляет собой положительный выпрямленный и отфильтрованный выходной сигнал источника питания переменного тока в постоянный.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Повторитель Зенера.

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что диод Зенера смещен в обратном направлении через резистор \(R\). То есть ток будет течь через \(R\) в стабилитрон. Зенер представляет собой фиксированный потенциал \(V_Z\). Следовательно, разница между входным напряжением и \(V_Z\) должна падать через \(R\) и, соответственно, \(V_{CB}\). Кроме того, конечное выходное напряжение — это напряжение на эмиттере биполярного транзистора, которое должно быть \(V_Z − V_{BE}\). Поскольку оба они являются фиксированными, стабильными потенциалами, выходное напряжение также должно быть фиксированным и стабильным. Наконец, поскольку \(V_{CE} = V_{CB} + V_{BE}\), очевидно, что любое отклонение между входным напряжением и требуемым выходным напряжением (например, из-за пульсаций) должно отбрасываться через биполярный транзистор. .

Ток диода в повторителе Зенера остается низким, поэтому его рассеиваемая мощность также невелика. Кроме того, ток, потребляемый входной цепью, является прямым отражением потребности в токе нагрузки. Если ток нагрузки низкий, через транзистор и, в конечном счете, через входную цепь будет протекать очень небольшой ток. Это делает систему более эффективной.

Каталожные номера

¹ Он также известен как коммутирующий диод, фиксирующий диод, обратноходовой диод и под множеством других названий. Но, как сказал Шекспир, «демпфирующий диод с любым другим названием также ограничивал бы обратноходовое напряжение». Или что-то вроде того.

² Это ссылка на старую фразу «подтягиваться за шнурки». Честно говоря, это высказывание никогда не имело смысла для этого автора, и все, что когда-либо случалось, когда я пытался это сделать, это то, что мои руки уставали.

---

Эта страница под названием 4.7: приложения BJT Switching and Driver Applications распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Джеймсом М.