5.5.1 Быстродействующие драйверы, управляющие mosfet

Драйверы транзисторов преобразователей, работающих на частотах 100...500 кГц или более, должны передавать входные сигналы при минимальных задержках и временах фронта и спада выходных импульсов. В простейшем случае драйвер имеет один вход и один выход, причем передача сигнала может происходить с инвертиро­ванием или без него.

Напряжение питания драйвера должно предоставлять возможность работы с различными типами MOSFET, в том числе и с логическим уровнем сигнала на

Рисунок 23 — Структурная схема быстродействующего драйвера:

–напряжение питания (может изменяться, например, от 4,5 до 16В).

–общая точка схемы.

затворе. Но этой причине напряжение питания таких драйверов может изменяться в широких пределах. Выходной каскад должен обеспечивать заряд или разряд ем­кости нагрузки 500...2000 пФ за время 10...20 нс. На рис. 23 показана структурная схема быстродействующего драйвера, который может выполняться в одном из двух вариантов — с инвертированием сигнала на выходе или без него. Драйверы такого типа выпускаются, например, компанией Microchip.

Стабилитрон в схеме драйвера не допускает появления отрицательных импуль­сов амплитудой до 5 В на входе, диод D ограничивает положительные выбросы на входе до уровня V_DD. Инвертор, показанный на схеме, создает гистерезис входного сигнала 300 мВ между порогами нижнего и верхнего уровней, что предотвращает сбой выходного сигнала даже при медленном изменении сигнала на входе. Вход драйвера совместим с логикой ТТЛ или КМОП (CMOS). Как показано на рисунке, выходной каскад драйвера выполнен по КМОП технологии, обеспечивая большой выходной ток при низком внутреннем сопротивлении.

Диаграммы, показывающие, каким образом определяются задержки сигналом, времена фронта и спада, показаны на рис. 24.

Указанные временные параметры приводятся в справочных данных для мини­мального времени нарастания и спада входного импульса, обычно не более 10 нс. Время задержки или составляет 35...50 нс, время фронта (спада) 20...33 нс. Столь малые времена при переключении сигналов действительно позволяют вести работу силовых каскадов на частотах 500 кГц и более.

Драйвер без инверсии

Рисунок 24 — Диаграммы сигналов на входе и выходе драйвера:

–время задержки при нарастании входного импульса; – время задержки при спаде входного импульса;– время нарастания сигнала на выходе;– время спада сигнала на выходе.

5.5.2 Одноканальный драйвер с защитой по току управляемо-

го ключа

Для практики представляют интерес драйверы, которые могут работать как с ниж­ним, так и с верхним транзистором стойки. Поскольку напряжение питания тран­зисторной стойки может составлять несколько сотен вольт, такое же напряжение должна выдерживать конструкция драйвера.

Дополнительные возможности в применении драйвера появляются, если он снабжается схемой зашиты по току УТ.

На рис. 25 показана схема подключения одноканального драйвера, выполня­ющего названные функции. Драйверы подобного типа выпускаются, например, компанией international Rectifier.

На рис. 25 драйвер управляет верхним транзистором стойки, поэтому напря­жение питания цепи управления затвором формируется так называемым «плаваю­щим* (floating) источником с помощью диода и конденсатора С.

Рассматриваемый драйвер может выполнять еще несколько функций:

• защита от понижения напряжения логики и цепи питания, подключенной к затвору УТ;

• определение уровня тока в УТ и его ограничение;

• возможность изменения времени выключения УТ.

Структурная схема драйвера показана на рис. 28. Компаратор, подключенный ко входу CS и имеющий небольшой гистерезис, сравнивает опорное напряжение (0,23 В) с напряжением от токового датчика (резистор R на рис. 25). При превы­шении порога напряжение на выходе компаратора возрастает и через время, опре­деляемое цепью задержки, переводит управление выходного каскада драйвера от предусилителя к линейному усилителю. Таким образом, практически сразу после срабатывания компаратора, подкдюченного ко входу CS, напряжение на затворе УТ снижается и его ток стока ограничивается.

Рисунок 25 — Схема подключения драйвера с защитой по току УТ:

—напряжение питания высоковольтного «плавающего» источника; — об­щая точка отрицательного полюса высоковольтного «плавающего» источника и истока УТ;— напряжение питания логики и цепи управления затвором;— логический вход драйвера;— вход драйвера, выполняющий несколько фун­кций: сообщение о состоянии УТ; выдержка времени состояния в активном ре­жиме; отключение УТ при сохранении перегрузки,СОМ — отрицательный по­люс источника («земля» схемы); НО— выход драйвера,— сигнал от токо­вого датчика.

Рисунок 26 — Структурная схема одноканального драйвера с защитой по току ТУ.

В дальнейшем работа драйвера происходит следующим образом. Сигнал от ге­нератора импульсов поступает на транзисторную схему сдвига уровня, проходит фильтр и переводит -триггер в состояние 1. Схема выдержки времени получает первый входной сигнал. Ко входуERR подключен внешний конденсатор , с помощью которого напряжение на этом выводе может нарастать с заданной скоро­стью (интервал времени dt, рис. 27). Время пропорционально емкости конден­сатора . После того как напряжение достигает значения 1,8 В, срабатывает ком­паратор на входе ERR; схема выдержки времени получаст второй и третий входные сигналы, в результате чего срабатывает схема «И» (выключение) и на выходе НО появляется уровень напряжения близкий к нулю. В следующем периоде цикл сра­батывания защиты повторится. В рассматриваемом драйвере сигнал на выходе находится в фазе с входным сигналом, временное отставание при нарастании вход­ного импульса и его спаде составляет обычно 150...200 нс.

Рисунок 27 — Диаграммы изменения напряжения на входе и формирования сигнала на входе.