ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ДРАЙВЕРОВ КЛЮЧЕЙ

Мощные MOSFET-ключи – это управляемые напряжением устройства, которые используются как ключевые элементы в источниках питания, драйверах двигателей и других системах. Ключи, как правило, должны быть изолированы от логических цепей управления. Цифровые логические цепи управления включают микроконтроллеры, формирующие ШИМ-сигналы напряжением 0 и 5 В. Для управления MOSFET-ключами требуются отличающиеся от логических уровни управления, которые формируются сдвигателями уровня, как показано на рис. 1. В схеме на рис. 1,а заряд/разряд внутренней емкости MOSFET-транзистора Q1 обеспечивается током от источника Vdd через резистор R1, что приводит к большим потерям за счет мощности рассеяния на этом резисторе.
В схеме на рис. 1,б заряд/разряд внутренней емкости транзистора Q1 происходит через PMOS-транзистор Q3, который имеет малое сопротивление в открытом состоянии и сверхбольшое сопротивление в разомкнутом состоянии. Кроме того, схема ключа на рис. 1,б может быть полностью выполнена в микроэлектронном исполнении.

Рис.1. Схемы управления мощными ключами
без драйвера в цепи управления

В схеме на рис. 1,а заряд/разряд внутренней емкости MOSFET-транзистора Q1 обеспечивается током от источника Vdd через резистор R1, что приводит к большим потерям за счет мощности рассеяния на этом резисторе. В схеме на рис. 1,б заряд/разряд внутренней емкости транзистора Q1 происходит через PMOS-транзистор Q3, который имеет малое сопротивление в открытом состоянии и сверхбольшое сопротивление в разомкнутом состоянии. Кроме того, схема ключа на рис. 1,б может быть полностью выполнена в микроэлектронном исполнении.
Отметим, что мощным ключам необходим достаточно большой ток для заряда/разряда емкости ключа, из-за чего переключение не может происходить мгновенно, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Переходные процессы в мощном MOSFET-ключе без использования драйвера в цепи управления ключом

Чтобы ускорить время переключения, следует использовать специальные драйверы для управления ключом. В этом случае может быть уменьшен ток переключения ключа и, соответственно, снижены неэффективные потери мощности. Переходные характеристики ключа, управляемого драйвером ADuМ4121, приведены на рис. 3.

Рис. 3. Переходные процессы в мощном
MOSFET-ключе при использовании драйвера
в цепи управления ключом

Структурная схема ИМС изолированных драйверов ADuМ4121 и временная диаграмма их работы приведены на рис. 4. Пример применения изолированных драйверов ADuМ4121 для управления ключами Q1 и Q2 приведен на рис. 5.

Рис. 4. Схема изолированного драйвера
ADuМ4120 и временные диаграммы его работы

Рис. 5. Система управления мощными ключами с использованием изолированного драйвера ADuМ4121

ВЫВОДЫ

Для управления мощными MOSFET-ключами целесообразно использовать изолированные драйверы ADuМ4120, ADuМ4135, ADuМ4136 производства компании Analog Devices. Применение изолированных драйверов позволяет увеличить скорость управления, уменьшить мощность рассеяния ключей, а также повысить устойчивость системы в целом к внешним электромагнитным помехам.