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目次

1. 孤立の理由

1.2. 一般的に使用される 4 つの分離ソリューション

2. パルストランス絶縁

2.1. パルストランスの動作原理

2.2. スイッチング回路におけるブリーダ抵抗の影響

2.3. このレッスンの概要

3. フォトカプラ絶縁ドライバ

3.1. フォトカプラ絶縁駆動原理

3.2. フォトカプラ絶縁による電源の解析

3.3. このレッスンの概要

4.ブートストラップブーストドライバー

4.1. TI の UCC27200 これは典型的なブートストラップ ブースト ドライバ チップです。

4.2. ブートストラップブースト駆動原理

4.3. P型真空管駆動回路

4.4. バック回路を例にとると、PMOS がハイサイド スイッチ管として使用されます。

4.4.1. PMOS は BUCK シミュレーション波形を構成します

4.5. このレッスンの概要

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必ず元のビデオをご覧ください。このメモは知識の復習を目的としています。

ビデオリンク: (テキストはリンク内の txt からのものです)

分離されたドライバ (1) - 電源管理オンライン トレーニング - テキサス インスツルメンツ (TI) 公式ビデオ コース トレーニング (21ic.com)

1. 孤立の理由

これは、スイッチの制御電位が高電圧になる可能性があるためです。
このような H ブリッジ回路を見てみましょう。下のスイッチがオンでグランドに接続されている場合、点 A の電圧は 0V であり、T1 がオンで PVCC に接続されている場合は 200V になります。 T1、T3 が導通しておらず、完全に対称である場合、これは電圧を 100V に分割すると思います。もちろん、他の電圧値である可能性があります。その場合、T1 の制御電位を何ボルトにする必要があります。ゲートBもフローティングなので、ドライバーを分離する必要があります。

1.2. 一般的に使用される 4 つの分離ソリューション

パルストランス絶縁、フォトカプラ絶縁、ブートストラップブースト、P 型チューブ、最初の 2 つは本物の絶縁回路で、後の 2 つは 2 つの回避策です。

2. パルストランス絶縁

パルストランスの起源は、パルス制御信号が方形波であり、高周波に適していることです。一般的なスイッチング電源のメイン高周波トランスとは異なり、トランスの波形も非対称です。 さらに、パルストランスは一般的に既製では入手できず、カスタマイズまたは自作する必要があり、巻数比は降圧型がほとんどです。

そんなHブリッジ回路を見てみましょう

ハイサイド スイッチ T1 と T2 のみがあり、これら 2 点の電位はフローティングであるため、低電圧側のブリッジ アームの 2 つのチューブは必要ありません。信号は 2 つの対角スイッチ 1 と 4 の制御信号です。O23 は 2 つの対角チューブの制御信号を表します。つまり、1、4 と 2、3 はインバーターを介して変換されます。相補的かつ交互の伝導形態です。

2.1. パルストランスの動作原理

T5がオンになると、電源電流はパルストランスの一次側を通ってVCCからグランドに流れ、その後、T5がオフになり、オフにしようとすると、パルストランスの二次側がゲートを通って流れます。スイッチを押すとゲートがR2を通過して放電します。

2.2. スイッチング回路におけるブリーダ抵抗の影響

ブリーダ抵抗が 100kΩ と非常に大きく、ほとんど放電できない場合を見てみましょう。出力電圧の正しい波形はほぼ 200V の方形波であるはずですが、現在は 20V しかありません。これは、スイッチが正しく導通していないことを意味します。全て。
なぜかというと、ドライバはゲートの寄生回路を充電するだけではなく、放電リンクの放電抵抗が大きすぎて電力を放電できないからです。成功した場合は、ブリーダー抵抗を 1kΩ に下げます。スイッチング遅延が非常に大きく、放電が遅すぎます。 100Ωに下げると遅延は悪くありませんが、10Ωに下げると完全な方形波になります。

次に、使用するパルストランスドライバーを改善します。トーテムポール構造 パルストランスを駆動するには:

充電と放電はどちらも大電流によるアクティブ充電と放電なので、出力波形は完璧な 200V 方形波になりました。

2.3. このレッスンの概要

(1) 駆動レベルの浮き現象とは何ですか?

H ブリッジを例にとると、ポイント A のレベルは不確かで、下側のスイッチの導通は 0V で、上側のスイッチの導通は 200V に等しいため、高電圧ブリッジ アームをオンにしても、ゲート B は動作しません。それがどのような可能性を与えるべきかを知っています。

(2) パルストランス絶縁の原理

変圧器の一次側を流れる電流は、二次側にエネルギーを伝達できます。変圧器の二次側は、電位に関係なく、常にゲートとソースの間に電圧を加えることができます。スイッチの導通を制御します。

(3) トーテムポールドライブの意義

トーテムポールドライバーを使用しない場合、ゲートの放電抵抗が非常に大きい場合、単に放電抵抗を下げるだけでは確実な駆動ができなくなりますので、この時点ではトーテムポールドライバーを使用する必要があります。つまり、充電でも放電でも、スイッチを使用してゲートの充電電流を完了し、放電電流はトーテムポールを使用して大電流で駆動され、完全な方形波になります。 。

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3. フォトカプラ絶縁ドライバ

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3.1. フォトカプラ絶縁駆動原理

図では、VCC_T1 と GND_T1 はフォトカプラの 2 次側に電力を供給する電源を表します。独立した電源は、フォトカプラの 1 次側の電源とは関係がありません。これら 2 つの GND は同じグランドではありません。

H ブリッジを駆動するには絶縁源がいくつ必要か:

まずは見てみる 制御回路およびローサイドスイッチ駆動電源 VDD つまり、ローサイドスイッチには制御信号の電源が主回路と共通に供給される。 ハイサイド スイッチ VCC_T1 ハイサイドには、VCC_T1、GND_T1、VCC_T2、GND_T2 に電力を供給する必要がある 2 つのフォトカプラがあります。

3.2. フォトカプラ絶縁による電源の解析

ここではそれほど多くの電源を引くことはできません。ハイサイドのスイッチング駆動電源 VCC_T1、VCC_T2、GND_T2 は完全に独立しています。

2 つの電圧計を使用して、絶縁電源のグランドと回路のグランド間の電圧差を確認します。

回路をシミュレートします。これは、H ブリッジによって得られる方形波が立ち上がりエッジで見られます。電流上昇部分が完全ではないのはなぜですか? このドライバはゲート VCC をオンにしたいので、すぐにはオンになりません。直接オフになるため、すぐにオフになります。これは、このようにオフになる強-0-弱-1の回路です。
良好な駆動効果が得られる場合は、フォトカプラの最終段にトーテムポールドライバーを追加します。 制御電圧信号を見てみましょう。制御信号は 10V ですが、各グランド、つまり絶縁電源のグランドと基板全体の GND の間の電圧差も 200V あります。このため、フォトカプラ絶縁には絶縁電源が必要です。

3.3. このレッスンの概要

フォトカプラ駆動の本質 光は、信号を絶縁し、信号を送信し、駆動エネルギーを供給し、絶縁された電源を使用することのみを担当します。図ではバッテリーを描きましたが、実際には依然として変圧器を使用して主電源からバッテリーを取り出します。これがフォトカプラ絶縁の本質です。やはり別途電源変圧器を使用する必要があります。

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4.ブートストラップブーストドライバー

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ブートストラップ コンデンサは実際のバッテリではなく、時々充電する必要があるため、ハイサイド スイッチとローサイド スイッチが交互にオンになる状況にのみ適しています。

4.1. TI の UCC27200 これは典型的なブートストラップ ブースト ドライバ チップです。

内部には高速リカバリ ダイオードが組み込まれており、ハーフブリッジの上部および下部ブリッジ アーム T1 および T2 を制御するために使用されます。T2 がオンになると、12V 電源が充電されます。ブートストラップ ブースト コンデンサ C をダイオードを介して 12V にすると、T2 が切断されます。T1 を接続する前に、T2 を切断する必要があります。。

4.2. ブートストラップブースト駆動原理

T2 が切断されると、コンデンサの電位はグランドではなく LOAD に接続され、このコンデンサの 12V 電源がハイサイド DRIVE HI モジュールに電力を供給し、このコンデンサは T1 を駆動する電源として機能します。ハイサイドスイッチ用。 では、このときの電圧は何でしょうか? 負荷に接続すると、電源電圧が12V上昇して電力が供給されます。。

4.3. P型真空管駆動回路

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4.4. バック回路を例にとると、PMOS がハイサイド スイッチ管として使用されます。

降圧回路ですので最大20Vとなります。しかし、このNMOSチューブの電源電圧VF1は、スイッチがオンになると20Vに接続され、ダイオードがオンになると0Vに近くなります。電圧は高くありませんが、 しかし、フローティングゲートの電源電圧の制御は依然として難しいため、 現時点では、スイッチングチューブとしてNMOSの代わりにPMOSを使用できます。

したがって、現時点では、PMOS のソース電圧は 20V に固定されており、ゲート電圧が 20V より低い場合は、しきい値電圧が十分になった後にオンにすることもできます。スイッチはT1製。インバータ回路 これは大丈夫です制御信号を 0V と 20V の間で切り替える必要がないようにします。 TTLレベルを使用して0Vおよび20Vの出力電圧を実現できます。

4.4.1. PMOS は BUCK シミュレーション波形を構成します

フローティングスイッチがオンのとき、VF1 のレベルは 19.8 で 20V に近くなります。

SD1をONにすると-256mVになるのですがなぜでしょうか？ ダイオードが導通しているとき、これは 0V であるため、この電圧はわずかに負の電圧値になります。

制御信号は 5V TTL レベル 5V、50% デューティ サイクル出力電圧 50% デューティ サイクル、20V 降圧回路出力電圧 10V、理論値と一致しています。

PMOSの降圧回路であるインバータを使用しているため、ゲート制御電圧は0V～20Vの間で変動します。 ブリッジ回路の場合、合計電圧が 200V 未満のブリッジ回路には PMOS も使用できます。 N型チューブの代わりにP型チューブを使用して駆動することもできます。

ハイサイドを PMOS に置き換える場合は、インバーターを構成するスイッチ T5 と T6 の耐電圧値に特に注意を払う必要があり、PVCC 電圧レベルも満たす必要があります。

4.5. このレッスンの概要

(1) ブートストラップ昇圧駆動の原理

ハーフブリッジ回路の場合、最初に低電圧ブリッジ アームをオンにすると、12V 電源でブートストラップ ブースト コンデンサ C を充電できます。その後、T2 が切断されると、C に充電される 12V 電源のレベルが自動的に充電されます。つまり、12V 電源を使用して高電圧ブリッジ アームのパワー モジュールに電力を供給します。これがブートストラップ ブースト駆動原理です。
(2) P型管の駆動原理

バック回路などの低電圧回路の場合でも、スイッチのソース VF1 電圧はフローティングであるため、ゲートに駆動に適切な電位を与えるのは困難です。この場合、NMOS の代わりに PMOS を使用できます。 PMOSの電源はここにあり、その電位は20Vに固定されており、インバータを使用して0Vと20Vの制御信号を生成し、PMOSのオンとオフを確実に制御します。 NMOS。