Isolamento Driver-Lezione video Notes

Questo perché il potenziale di controllo dell'interruttore potrebbe essere ad alta tensione
Diamo un'occhiata a un circuito a ponte H. La tensione nel punto A è incerta. Se l'interruttore in basso è acceso ed è collegato a terra, è 0 V. Se T1 è acceso e collegato a PVCC, è 200 V Se T1, T3 non conduce ed è completamente simmetrico, quindi penso che questo divida in due la tensione, 100 V. Naturalmente, potrebbero essere altri valori di tensione, quindi devo accendere T1 di quale volt dovrebbe essere il controllo Anche il cancello B è mobile, quindi dobbiamo isolare il conducente.

1.2. Quattro soluzioni di isolamento comunemente utilizzate

Isolamento del trasformatore di impulsi, isolamento del fotoaccoppiatore, boost bootstrap e tubo di tipo P, i primi due sono veri e propri circuiti di isolamento e gli ultimi due sono due soluzioni alternative.

2. Isolamento del trasformatore di impulsi

Sappiamo che il trasformatore può isolare tutti i potenziali e trasmettere solo la differenza di potenziale a se stesso. L'origine del trasformatore di impulsi è che è adatto per le alte frequenze perché il segnale di controllo dell'impulso è un'onda quadra non può utilizzare la frequenza di alimentazione. Anche la forma d'onda del trasformatore è asimmetrica, che è diversa dal trasformatore principale ad alta frequenza di un alimentatore a commutazione generale. Inoltre, i trasformatori di impulsi generalmente non sono disponibili in commercio e devono essere personalizzati o fatti in casa, e il rapporto spire è per lo più di tipo step-down.

Diamo un'occhiata a un circuito a ponte H

Ci sono solo interruttori del lato alto T1 e T2 Poiché il potenziale di questi due punti è fluttuante, devono essere isolati e pilotati. I due tubi sul braccio del ponte del lato a bassa tensione non sono necessari dei due interruttori diagonali 1 e 4. Il segnale è un segnale di controllo Conduciamo diagonalmente alternativamente Quindi O23 rappresenta il segnale di controllo dei due tubi diagonali Quindi 1, 4 e 2, 3 vengono trasformati tramite un inverter sono forme di conduzione complementari e alternative

2.1. Principio di funzionamento del trasformatore di impulsi

Quando T5 è acceso, la corrente di alimentazione scorre da VCC a terra attraverso il primario del trasformatore di impulsi, quindi il secondario del trasformatore di impulsi scorre attraverso il gate dell'interruttore pilotato. Quando T5 è spento e vuole spegnersi l'interruttore, il cancello passa attraverso R2 Effettuare lo scarico.

2.2. Effetto della resistenza di dispersione sul circuito di commutazione

Osserviamo quando il resistore di dispersione è molto grande (100 kΩ) e difficilmente riesce a scaricare l'elettricità. Troviamo che la forma d'onda corretta della tensione di uscita dovrebbe essere quasi un'onda quadra di 200 V, ma ora è solo di 20 V. Ciò significa che l'interruttore non conduce correttamente Tutto.
Perché? Perché il nostro driver non sta solo caricando il circuito parassita del cancello. La carica si accende, si scarica e si spegne. Se la resistenza di scarica nel collegamento di scarica è così grande che non è possibile scaricare l'energia, in realtà non lo sarà mai spento e non ci sarà alcun driver. Se ha successo, ridurre la resistenza di dispersione a 1kΩ Ha successo, ma il ritardo è molto grande Il ritardo di commutazione è grave e la scarica è troppo lenta riducetelo a 100Ω, il ritardo ora non è male, ma non è soddisfacente. Dopo averlo ridotto a 10Ω, è un'onda quadra perfetta.

Quindi per migliorare il driver del trasformatore di impulsi che utilizziamostruttura del totem Per pilotare il trasformatore di impulsi:

Sia la carica che la scarica sono operazioni di carica e scarica attive con una corrente elevata, quindi ora la forma d'onda di uscita è perfetta, onda quadra da 200 V.

2.3. Riepilogo di questa lezione

(1) Cos'è il fenomeno fluttuante del livello di guida?

Prendendo come esempio il ponte H, il livello del punto A è incerto. La conduzione dell'interruttore inferiore è 0 V e la conduzione dell'interruttore superiore è pari a 200 V. Quindi, se accendo il braccio del ponte ad alta tensione, il mio gate B non lo farà sapere quale potenziale dovrebbe dare.

(2) Principio di isolamento del trasformatore di impulsi

La corrente che scorre attraverso il primario del trasformatore può trasferire energia al secondario. Il secondario del trasformatore è collegato tra il gate e la sorgente. Non importa quale sia il potenziale, posso sempre caricare una tensione tra il gate e la sorgente controllare la conduzione dell'interruttore.

(3) Il significato del totem pole drive

Se non utilizziamo il driver del totem e la resistenza di scarica del cancello è molto elevata, non ci sarà alcuna guida affidabile. La semplice riduzione della resistenza di scarica comporterà un notevole consumo di energia, quindi in questo momento dovremmo utilizzare il totem pole driver Vale a dire, sia che si tratti di caricare o scaricare, un interruttore viene utilizzato per completare la corrente di carica del cancello, e la corrente di scarica è guidata da una grande corrente utilizzando un totem e quindi è un'onda quadra perfetta. .

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3. Driver di isolamento del fotoaccoppiatore

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3.1. Principio di guida dell'isolamento del fotoaccoppiatore

Nella figura, VCC_T1 e GND_T1 rappresentano l'alimentatore che fornisce alimentazione al secondario di un fotoaccoppiatore. L'alimentatore indipendente non ha nulla a che fare con l'alimentazione del primario del fotoaccoppiatore. Questi due GND non sono la stessa terra.

Quante fonti di isolamento sono necessarie per pilotare un ponte H:

Primo sguardo Circuito di controllo e alimentazione dell'azionamento dell'interruttore low-side VDD Ciò significa che l'alimentazione per il segnale di controllo viene fornita all'interruttore low-side in comune con il circuito principale. Interruttore lato alto VCC_T1 Ci sono due accoppiatori ottici sul lato alto che devono alimentare VCC_T1, GND_T1 VCC_T2, GND_T2.

3.2. Analisi dell'alimentazione pilotata dall'isolamento del fotoaccoppiatore

Non possiamo disegnare così tanti alimentatori qui. Il lato basso può essere isolato senza isolamento. Gli alimentatori con commutazione lato alto VCC_T1, VCC_T2, GND_T1 e GND_T2 sono completamente indipendenti.

Usa due voltmetri per vedere la differenza di tensione tra la terra dell'alimentatore isolato e la terra del mio circuito:

Simula il circuito Questo è il ponte invertitore L'onda quadra ottenuta dal ponte H può essere vista sul suo fronte di salita.La parte ascendente corrente non è perfetta. Perché? Perché qui non utilizziamo i totem. Questo driver vuole accendere il gate VCC. Fluisce attraverso il resistore e poi al gate, quindi non si accende rapidamente si spegne velocemente perché lo spegnimento è diretto Questo è un circuito forte-zero-debole che viene spento in questo modo.
Se si ottiene un buon effetto di guida, aggiungeremo un totem driver nell'ultima fase dell'accoppiatore ottico. Diamo un'occhiata al segnale della tensione di controllo. Il segnale di controllo è di soli 10 V, ma anche la differenza di tensione tra ciascuna terra, ovvero la terra dell'alimentatore isolato, e il GND dell'intera scheda è di 200 V Questo è il motivo per cui l'isolamento del mio fotoaccoppiatore richiede un'alimentazione isolata.

3.3. Riepilogo di questa lezione

L'essenza dell'azionamento dell'accoppiatore ottico La luce è responsabile solo dell'isolamento dei segnali, della trasmissione dei segnali, della fornitura di energia motrice e dell'utilizzo di alimentatori isolati. Nell'immagine ho disegnato le batterie, ma in realtà utilizziamo ancora i trasformatori per ottenerli dalla rete, che è l'essenza dell'isolamento del fotoaccoppiatore. Devi comunque utilizzare un trasformatore di alimentazione separato.

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4. Driver di potenziamento Bootstrap

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Poiché il condensatore di bootstrap deve essere caricato di tanto in tanto, non è una vera batteria, quindi è adatto solo per situazioni in cui gli interruttori high-side e low-side sono accesi alternativamente.

4.1 UCC27200 di TI Questo è un tipico chip del driver boost bootstrap

All'interno è integrato un diodo a recupero rapido, che viene utilizzato per controllare i bracci del ponte superiore e inferiore T1 e T2 di un semiponte. L'interruttore low-side deve essere acceso per primo. Quando T2 è acceso, l'alimentatore a 12V si carica il condensatore di boost bootstrap C a 12V attraverso il diodo Quindi, T2 viene disconnesso.È necessario che T2 sia disconnesso prima di poter collegare T1.。

4.2. Principio di guida del boost di Bootstrap

Dopo che T2 è stato scollegato, il potenziale del condensatore non è collegato a terra ma a LOAD. L'alimentazione a 12 V di questo condensatore fornirà energia al modulo DRIVE HI high-side per pilotare T1. Questo condensatore ora funge da alimentazione di pilotaggio per l'interruttore high-side. Quindi qual è la tensione a questo punto? Non importa quale sia, quando è collegato al carico, aumenterà la tensione della sorgente di 12 V e quindi fornirà alimentazione.。

4.3. Circuito di comando del tubo di tipo P

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4.4 Prendendo come esempio il circuito Buck, PMOS viene utilizzato come tubo interruttore high-side.

Questo è un circuito step-down quindi il suo massimo è 20V.Ma la tensione sorgente VF1 di questo tubo NMOS è fluttuante Quando l'interruttore è acceso, è collegato a 20 V. Questa tensione è 20 V. Quando il diodo è acceso, è collegato a terra, che è vicino a 0 V sebbene la sua tensione non sia elevataMa poiché il gate flottante della tensione della sorgente è ancora difficile da controllare In questo momento possiamo usare PMOS invece di NMOS come tubo di commutazione

Quindi in questo momento, per PMOS, la tensione della sorgente è fissa a 20 V. Quando la tensione del gate è 20 V, viene disattivata ed è inferiore a 20 V. Dopo che la tensione di soglia è sufficiente, viene attivata interruttore. Realizzato in T1circuito invertitore questo va beneLascia che il nostro segnale di controllo non debba passare da 0 V a 20 V Può raggiungere questa tensione di uscita di 0 V e 20 V utilizzando un livello TTL

4.4.1 PMOS costituisce la forma d'onda di simulazione BUCK

Il livello di VF1 è 19,8 e vicino a 20 V quando l'interruttore flottante è acceso.

Quando SD1 è acceso, è -256mV Perché? Quando il diodo è in conduzione, questo è 0 V. La caduta di tensione sul tubo conduttore del diodo è tale che questa tensione ha un valore di tensione leggermente negativo.

Il segnale di controllo è 5 V livello TTL 5 V, tensione di uscita del ciclo di lavoro 50% ciclo di lavoro del 50%, tensione di uscita del circuito buck 20 V 10 V, coerente con il valore teorico

La tensione di controllo del gate oscilla tra 0 V e 20 V perché ho utilizzato un inverter che è un circuito Buck realizzato in PMOS. Per i circuiti a ponte è possibile utilizzare anche il PMOS. Per i circuiti a ponte con una tensione totale inferiore a 200 V, Possiamo anche usare tubi di tipo P invece di tubi di tipo N per guidare

Quando si sostituisce il lato alto con PMOS, è necessario prestare particolare attenzione ai valori di tensione di tenuta degli interruttori T5 e T6 che formano l'inverter. È inoltre necessario soddisfare il livello di tensione PVCC.

4.5. Riepilogo di questa lezione

(1) Principio dell'azionamento boost bootstrap

Per il circuito a mezzo ponte, se accendo prima il braccio del ponte a bassa tensione, posso lasciare che l'alimentatore a 12 V carichi il condensatore di boost bootstrap C. Quindi, quando T2 è disconnesso, il livello dell'alimentazione a 12 V caricata su C aumenterà automaticamente fluttuare verso l'alto. In breve, viene utilizzato un alimentatore da 12 V per alimentare il modulo di alimentazione del braccio del ponte ad alta tensione. Questo è il principio di guida del boost bootstrap.
(2) Principio di guida del tubo di tipo P

Anche per circuiti a bassa tensione, come i circuiti Buck, la tensione della sorgente VF1 dell'interruttore è flottante, quindi è difficile per noi fornire al gate un potenziale adeguato per il pilotaggio. In questo caso, possiamo usare PMOS invece di NMOS. La fonte del PMOS è qui. Il suo potenziale è fissato a 20 V. Usiamo un inverter per generare un segnale di controllo da 0 V e 20 V per ottenere un controllo affidabile di accensione e spegnimento del PMOS NMOS.

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Isolamento Drive-Appunti sulla lezione video

1. Motivi dell'isolamento