طراحان محصول باید توانایی تعادل چندین عامل محدود کننده - اندازه بسته، هزینه، قابلیت اطمینان و زمان به بازار را داشته باشند.چالش اصلی این است که یک منبع برق مناسب برای فضای باریک مورد نیاز برای برنامه های کاربردی مدرن را انتخاب کنید.
سطح قدرت کمکت با عملکرد بالا به راه حل های سریع و قابل اعتماد دروازه محرک متکی است.این نوع راه حل شامل هر دو درایور های جانبی ولتاژ پایین ساده و نسخه های کاملا جدا شده مناسب برای محیط ولتاژ بالا است.برای بسیاری از طرح ها، رانندگان دروازه شناور غیر منزوی یک مسیر موثر برای موفقیت را فراهم می کنند.
Gate drivers are used as intermediate devices to transmit low-power control signals typically from microcontrollers or pulse width modulation (PWM) controllers to high-power switches that regulate energy flow. این نوع دستگاه می تواند قطعات تمیز، سریع و دقیق را تضمین کند و در نتیجه توان خروجی را بهینه کند.
برای انتخاب یک درایور مناسب دروازه، لازم است که ولتاژ و نیازهای فعلی، توپولوژی و فرکانس سوئیچ را ارزیابی کنید. یک درایور مناسب می تواند کارایی بالایی را فراهم کند،دقت زمان بندی، و ثبات حرارتی، که برای سیستم های فشرده و با عملکرد بالا بسیار مهم است.
مزایای ساختار توپولوژی نیمه پل
توپولوژی نیمه پل یک روش گسترده ای در تبدیل قدرت مدرن است که می تواند تنظیم ولتاژ کارآمد را در طرح های جمع و جور به دست آورد. این توپولوژی به دو دستگاه سوئیچینگ با سرعت بالا متکی است.به طور معمول MOSFET ها یا ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق شده (IGBT)، برای ولتاژ ورودی متناوب، تغذیه ترانسفورماتورها در طرح های جدا شده یا تامین مستقیم بار در سیستم های غیر جدا شده.این ساختار توپولوژی به دلیل کارایی و پتانسیل بهینه سازی حرارتی بسیار ارزشمند است.
IC درایور دروازه برای کنترل این سوئیچ ها ضروری است و به عنوان رابط بین کنترل کننده و مرحله قدرت عمل می کند. این IC سیگنال های PWM را به سیگنال های محرک جریان بالا تبدیل می کند،تضمین سوئیچ سریع و دقیق ترانزیستورهای ولتاژ بالا و ولتاژ پاییناین حالت کار سریع و کارآمد کاهش تلفات انرژی و بهبود عملکرد کلی سیستم است.
در یک مدار نیمه پل، منبع MOSFET ولتاژ بالا به گره سوئیچ متصل می شود، که به سرعت بین زمین (0 V) و ولتاژ ورودی (مانند 12 V، 48 V، و غیره) حرکت می کند.) با توجه به دوره تغییرهنگامی که از یک درایور دروازه شناور غیر منزوی استفاده می شود، درایور جانبی ولتاژ بالا با ولتاژ گره سوئیچ شناور می شود و در نتیجه تبدیل تمیز و کارآمد را به دست می آورد.
هنگامی که جداسازی مورد نیاز نیست و فشرده سازی ، سرعت و کارایی اولویت دارند ، رانندگان نیمه پل غیر جدا شده شناور یک راه حل ایده آل می شوند.این رانندگان برای کنترل سوئیچ های ولتاژ بالا و پایین MOSFET طراحی شده اند، اجتناب از پیچیدگی انزوا در حالی که اطمینان از عملکرد قطعات دقیق. به دلیل عدم انزوا قدرت بین منطق کنترل و سطوح قدرت،اين نوع راننده در سيستمي که تمام اجزايش به زمين بسته شده بهتر عمل ميکنه.
یک خازن بوت استراپ معمولاً برای تولید ولتاژ محرک دروازه مورد نیاز برای MOSFET ولتاژ بالا مورد نیاز است. هنگامی که سوئیچ ولتاژ پایین روشن می شود ، خازن شارژ می شود.وقتی سوئیچ جانبی ولتاژ بالا روشن است، خازن برق را تامین می کند.
هنگامی که MOSFET ولتاژ پایین روشن می شود، گره سوئیچ به زمین کشیده می شود و به یک مدار کوچک دیود خازن اجازه می دهد تا خازن بوت استراپ را از ریل برق شارژ کند.هنگامی که لازم است برای روشن کردن ولتاژ بالا طرف MOSFET، راننده از شارژ ذخیره شده برای رانندگی دروازه به ولتاژ بالاتر از گره سوئیچ استفاده می کند، معمولا 10 ولت تا 15 ولت.
طراحان باید اطمینان حاصل کنند که فرکانس باز شدن سوئیچ جانبی ولتاژ پایین برای شارژ خازن بوت استراپ کافی است.ممکن است لازم باشد اقدامات پیشگیرانه اضافی انجام شود.، مانند انتخاب مقادیر ظرفیت مناسب و به حداقل رساندن افت ولتاژ در دیود بوت استراپ.
با استفاده از معماری بوت استرپ و ولتاژ گره سوئیچ ردیابی، راننده نیمه پل شناور غیر منزوی نه تنها از پیچیدگی پیاده سازی منزوی شدن اجتناب می کند،اما همچنین کنترل جانبی ولتاژ بالا را تضمین می کنداین نوع درایور ساده و کارآمد است، و آن را بسیار مناسب برای برنامه های کاربردی سوئیچ فرکانس بالا مانند تبدیل کننده های بوک و تقویت کننده، تنظیم کننده های همزمان، درایورهای موتور،و تقویت کننده های صوتی کلاس D.
IC راننده دروازه مناسب را انتخاب کنید
انتخاب درایور مناسب دروازه برای اطمینان از عملکرد کارآمد، قابل اعتماد و ایمن مرحله قدرت، به ویژه در برنامه های جابجایی با سرعت بالا مانند کنورترهای بوک، بسیار مهم است.رانندگان موتور، و سیستم های تولیدی انرژی خورشیدی. اگر چه اصل اساسی درایو دروازه به طور گسترده ای اعمال می شود، برخی از معیارهای انتخاب ممکن است به ویژه با توجه به نیازهای سیستم مهم باشد.
به عنوان مثال، در سیستم های تبدیل انرژی خورشیدی و تامین برق باتری، رانندگان دروازه باید به تغییرات بزرگ ولتاژ ورودی و شرایط بار مداوم تغییر دهند.یک ولتاژ نام تجاری سمت ولتاژ بالا با حاشیه کافی برای تحمل نوسانات کامل ریل قدرت و اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت مورد نیاز است.
مصونیت موقت حالت مشترک (CMTI) یکی دیگر از عوامل مهم در نظر گرفته شده است.رویداد سوئیچینگ سریع یک تفاوت ولتاژ تند بین طرف ولتاژ بالا و طرف ولتاژ پایین MOSFETs تولید خواهد کرددرایورهای گیت با CMTI بالا در محیط های سر و صدا الکتریکی ثبات بیشتری دارند.
جریان اوج رانندگی نیز به همان اندازه مهم است، به ویژه در برنامه های کاربردی با قدرت بالا. راننده باید جریان کافی را برای شارژ سریع دروازه MOSFET و غلبه بر ظرفیت انگل فراهم کند.در نتیجه کاهش تلفات تغییر و بهبود عملکرد حرارتی.
در نهایت، کنترل زمان مرده نقش مهمی در توپولوژی پل نیمه ای دارد. اگر تاخیر کوتاهی بین خاموش کردن یک سوئیچ و روشن کردن سوئیچ دیگر نباشد،یک پدیده خرابی رخ می دهد، جایی که دو MOSFET به طور همزمان هدایت می شوند.بسیاری از رانندگان دروازه دارای تنظیمات زمان مرده داخلی یا قابل تنظیم برای جلوگیری از این مشکل و دستیابی به عملیات ایمن و کارآمد در شرایط مختلف بار.
سری LTC706x ADI
درایور نیمه پل شناور غیر منزوی ساده و آسان برای استفاده است، با عملکرد سوئیچ با سرعت بالا، و بهترین راه حل برای بسیاری از طرح ها است.(ADI) طیف وسیعی از ویژگی های غنی از دستگاه های ولتاژ بالا را ارائه می دهد که به طور خاص برای کاربردهای سخت طراحی شده اند.
درایور LTC706x شناور غیر منزوی نیمه پل دروازه ADI (شکل 1) یک راه حل چند منظوره را برای پاسخگویی به الزامات تبدیل قدرت با سرعت بالا و ولتاژ بالا فراهم می کند.این سری از دستگاه ها بسته بندی فشرده را اتخاذ می کنند، با کنترل زمان دقیق، حفاظت از خرابی و نیروی راننده قوی، که می تواند نیازهای برنامه های کاربردی مختلف از خودروها تا کنترل صنعتی را برآورده کند.