Аннотация
В статье рассмотренно использование драйвера ключей ADuM серии и H-моста.
H-мостовые схемы используются во многих устройствах питания, таких как инверторы и моторные приводы, при наличии высоких напряжения и другой электрической опасности. Для обеспечения безопасности и защиты, разработчики могут изолировать схему управления от H-моста с помощью двух двухканальных драйверов с изолированным затвором, таких как ADuM1233, ADuM1234 или ADuM7234. Они хорошо подходят для управления H мостами, потому что их выходы на верхней стороне могут быть отнесены к более высоким напряжениям, чем к изолированному заземлению, и потому что выходы высокого и низкого уровня этих устройств изолированы друг от друга
Рой роботов скоро обгонит завод Horicon, Wis, JohnDeere.
На рисунке 1 показан пример изолированной схемы драйвера H–моста с использованием ADuM7234. Выходы, которые контролируют полевые MOSFET–транзисторы переключаются между VSS1 / VSS2 и VSS1 + 15 В / VSS2 + 15 В и выходами, которые управляют нижней стороной MOSFET–транзисторы переключаются между изолированным заземлением и + 15В. ADuM7234 обеспечивают среднеквадратичную изоляцию 1 кВ и пик 4 А выходной ток привода, и они могут переключаться на частоте до 1 МГц в зависимости от их нагрузки.
Рис. 1 – Изолированный Н–драйвер с использованием ADuM7234
Более компактное решение, обеспечивающее среднеквадратичную развязку 2,5 кВ и логические уровни 3,3 В или более низкие уровни напряжения драйвера затвора использует два изолированных двухканальных драйвера ADuM3220 2,5 кВ, 4 A, как показано на рисунке 2. В то время как ADuM3220 Предназначен для коммутации на стороне низкого уровня, он также может использоваться как драйвер шлюза на стороне высокого уровня, имея один ADuM3220. управлять полевыми MOSFET–транзисторами, а другой ADuM3220 управляет двумя полевыми MOSFET–транзисторами. Обратите внимание, что на рисунке 2 два n-канальных MOSFET верхнего уровня были заменены на два p-канальных MOSFET. Один ADuM3220 управляет устройства с каналом p–типа, а другие устройства управляют устройствами с каналом n–типа. Дополнительные демпфирующие резисторы, которые включены последовательно с воротами тоже показаны.
ADuM3220 на верхней стороне переключает затворы p–канального MOSFET с Vbridge на Vbridge – 5.1 В. Анод 5.1 Стабилитрон V является заземлением для ADuM3220 на верхней стороне. Этот узел обходит изолированную землю с Конденсаторы 0,1 мкФ и 10 мкФ. RBIAS обеспечивает ток смещения для стабилитрона. Его размер зависит от максимального тока, который ADuM3220 с высокой стороны нарисует и значение Vbridge. Максимальный ток зависит от приложения частота переключения и размер p-канального MOSFET–транзистора. Стабилитрон следует выбирать исходя из желаемого напряжение привода затвора и рассеиваемая мощность, которые он испытывает, когда ADuM3220 получает низкие уровни тока от Vbridge, в результате чего большая часть тока, поступающего в RBIAS, также протекает через диод.
Вот пример того, как выбрать RBIAS с Vbridge = 24 В, уровнями привода 5 В (5,1 В стабилитрона), 1 МГц частота переключения и 20 нС заряда затвора при Vgs = 5 В. Сначала необходимо рассчитать емкость затвора.
C = Q/V = 20 nC/5V = 4 nF
где C = емкость затвора, Q = заряд затвора, V = конечное значение Vgs.
Затем необходимо рассчитать ток, необходимый для управления этими затворами, и добавить его к току покоя ADuM3220. это представляет минимальный ток смещения для стабилитрона:.
I = CVF = 4 nF(5 V)(1 MHz) = 20 mA
<где C = емкость затвора, V = Vgs, F = частота переключения
Максимальный ток покоя VDD2 для ADuM3220 составляет 10 мА. Следовательно, стабилитрон должен быть смещен как минимум до 30 мА. Поскольку Vbridge составляет 24 В и используется стабилитрон 5.1 В, RBIAS должно быть не более 630 Ом.
RBIAS(max) = (Vbridge-VZener)/I = (24 V-5.1 V)/30 mA = 630 ?
Рис. 2 – Изолированный Н-драйвер с использованием ADuM3220
В дополнение к более высокому уровню изоляции (среднеквадратичное значение 2,5 кВ по сравнению с среднеквадратичным значением 1 кВ) и возможность использовать логические уровни 3,3 В, цепь в Рисунок 2 также имеет более широкий диапазон выходного напряжения, чем схема на рисунке 1: от 4,5 В до 18 В вместо 12 В до 18 В. Возможно, что еще более важно, ему также требуется только около половины пространства на плате, как показано на рисунке 1, поскольку два 8-SOIC заменить два узких тела 16–SOIC. Это даже не включает пространство, которое экономится благодаря его менее сложной мощности требования к поставкам.
Есть некоторые предостережения, которые должен учитывать разработчик схемы. Во-первых, он заменяет переключатели верхнего уровня на р-канал MOSFET-транзисторов. Для некоторых приложений это может быть нецелесообразно из-за их более высокого заряда затвора и RDS (вкл) недостатки по сравнению с n–канальными MOSFET–транзисторами. Еще одна оговорка связана с низкими выходами ADuM3220 по умолчанию. Если входная сторона не подключена, VOA и VOB будут переведены в низкий уровень до GNDA и GNDB. Это отключает н-канал MOSFET и включает p–канальные MOSFET. Никакой перекрестной проводимости не произойдет, когда выходы установятся, потому что выключатели нижней стороны выключены, но Vbridge будет применяться к каждому терминалу нагрузки.
Есть некоторые предостережения, которые должен учитывать разработчик схемы. Во–первых, он заменяет переключатели верхнего уровня на р–канал МОП–транзисторов. Для некоторых приложений это может быть нецелесообразно из-за их более высокого заряда затвора и RDS (вкл) недостатки по сравнению с n–канальными МОП–транзисторами. Еще одна оговорка связана с низкими выходами ADuM3220 по умолчанию. Если входная сторона не подключена, VOA и VOB будут переведены в низкий уровень до GNDA и GNDB. Это отключает н-канал MOSFET и включает p–канальные MOSFET. Никакой перекрестной проводимости не произойдет, когда выходы установятся, потому что выключатели нижней стороны выключены, но Vbridge будет применяться к каждому терминалу нагрузки.
Рис. 3 – Выход ADuM3220
Рис. 4 – Выход Н-моста