Многие мощные MOSFET транзисторы достигают низких значений сопротивления открытого состояния при напряжении 5 В, даже в случае, если напряжение затвор-исток составляет 5 В. Для очень мощных MOSFET транзисторов, особенно IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) транзисторов, инженеры предпочитают использовать напряжение затвор-исток в диапазоне от 12 до 15 В, так как сопротивление открытого состояния продолжает снижаться при повышении этого напряжения.
Например, IRFR024, мощный MOSFET транзистор компании International Rectifier с током 17 А имеет сопротивление открытого состояния 0,075 Ом. При напряжении затвор-исток, равном 12 В, сопротивление открытого состояния транзистора уменьшается на 41% по сравнению со значением при напряжении затвор-исток, равном 5 В. Таким образом, при коммутации тока величиной 10 А и напряжении затвор-исток, равном 12 В, на транзисторе будет рассеиваться мощность на 6 Вт меньше. IC1, микросхема изолированного драйвера ADuM5230 компании Analog Devices, может усилить 5 В входной сигнал до более высокого уровня, необходимого для обеспечения низкой величины сопротивления открытого состояния MOSFET транзистора, делая минимальной рассеиваемую на нем мощность (рис.1).
С другой стороны, при низкой частоте переключения, встроенная 18 В схема ограничения верхнего плеча гасит энергию, которую микросхема получает от низковольтного 5 В источника. В то же время, выходной сигнал ADuM5230 является нестабилизированным. К счастью, у этой микросхемы есть вывод регулировки, который можно использовать для управления скважностью встроенной в микросхему схемы ШИМ (широтно-импульсного модулятора) с тем, чтобы уменьшить скважность от величины 1 до величины приблизительно 0,1. Когда вывод регулировки не подключен, величина скважности по умолчанию составляет 0,55. Наименьшая величина скважности достигается подключением вывода регулировки к 5 В потенциалу источника питания.
IC2, ASSR-1219, современный MOSFET оптрон компании Avago Technologies управляет напряжением на выводе регулировки. MOSFET оптрон имеет 0 В напряжение насыщения между своими выходными выводами. Использование обычного классического оптрона с биполярным фототранзистором в качестве IC2, в нашем случае, менее привлекательно. Биполярный фототранзистор имеет напряжение насыщения 0.4 В, и более того, параметр CTR (коэффициент передачи тока), у большинства оптронов, значительно уменьшается при работе в районе насыщения выхода.
Подача на вывод регулировки напряжения внешнего источника питания происходит, когда нагрузка верхнего плеча IC1 составляет небольшую или незначительную величину. В этот момент, VISO, выходное напряжение верхнего плеча IC1, превысит величину, равную приблизительно VZ(IF) +VFLED (13.5 В), где VZ(IF) это напряжение стабилитрона D1 при IF, прямом токе D2, а VFLED это минимальное прямое напряжение на D2, светодиоде встроенном в IC2. Как только напряжение IC1 превысит эту величину, ток начнет протекать через D2, и выходные MOSFET транзисторы IC2 перейдут в открытое состояние. Производитель IC2 создал ее для работы в импульсном режиме и рекомендует использовать прямой ток величиной как минимум 0.5 мА. При малой величине нагрузки выходных MOSFET транзисторов IC2, несколько десятков микроампер прямого тока, протекающих через светодиод, приведут к изменению сопротивления MOSFET транзисторов от полностью непроводящего состояния до величины несколько килоом. Уровень напряжения на выводе регулировки увеличится, а величина скважности ШИМ в IC1 уменьшится.
Таким образом, обеспечивается гальванически развязанная отрицательная обратная связь по напряжению. Кроме того, температура обоих MOSFET транзисторов и светодиода имеет малое влияние на параметры схемы. При малой нагрузке, потребление тока схемой от источника 5 В намного меньше, чем у IC1 с неподключенным выводом регулировки. При испытаниях, ток потребления IC1 без нагрузки от источника питания составлял приблизительно 94.6 мА. Эта величина уменьшается до 31.7 мА при наличии в схеме обратной связи. При большой величине нагрузки, выходной ток верхнего плеча IC1 возрастает до величины приблизительно 20 мА, и скважность автоматически возрастает до нужного уровня, который выше чем при обычном токе источника питания. Таким образом, выходное напряжение составляет приблизительно 13.5В в диапазоне выходного тока приблизительно от 3.7 до 22.6 мА. Эффективность работы схемы составляет 20 % и более. При выходном токе 4.5мА, эффективность работы составляет 20.5 %, а эффективность работы IC1 приблизительно 15 %. При токе 3.7мА, схема достигает эффективности работы 20 %, что значительно выше, чем 13 % у IC1 с неподключенным выводом регулировки.
Купить IRFR024 на РадиоЛоцман.Цены
