magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 41 reszSorozatának újabb folytatásában a szerző az integrált kapumeghajtók helyettesítésére ajánl olcsóbb, egyszerű, mégis több szempontból előnyös, diszkrét alkatrészekből összeállítható megoldásokat.

 

 

 

 

Diszkrét alkatrészek – az integrált MOSFET jó alternatívái – 1. rész

Tápegységek tervezése közben sokszor szembesül a tervező azzal a problémával, hogy a vezérlő integrált áramkör korlátozott meg­hajtóáramot tud csak szolgáltatni, vagy túl nagy teljesítmény­disszipációnak van kitéve a kapumeghajtás veszteségei miatt. Ezeket a problémákat gyakran külső meghajtó áramkörök alkalmazásával oldják meg. A félvezetőgyártók (köztük a Texas Instruments is) kész MOSFET-meghajtókat kínálnak integrált áramköri kivitelben. Ez azonban nem mindig a leginkább költséghatékony megoldás. E célra gyakran elegendő ugyanis néhány dollárcentnyi értéket képviselő diszkrét alkatrész is.

Az 1. ábrán látható kapcsolás egy npn-pnp tranzisztorokból álló, ellenütemű emitterkövetőt mutat, amelyet a vezérlő áramkör kimenetéről vezérelt meghajtó áramkörként használhatunk. Ez megnöveli a meghajtóáramot, és külső alkatrészekre „helyezi át” a teljesítmény­disszipációt. Azonban sokan gondolják úgy, hogy ez a kapcsolás ezekkel az alkatrészekkel nem képes elegendő meghajtóáramot szolgáltatni.

 

texas1

1.ábra Ez az egyszerű meghajtó áramkör több, mint 2 A-rel terhelhető


Amint a 2. ábrán bemutatott hfe-görbeseregből[1] is látható, a gyártók az ilyen kisáramú tranzisztorokra tipikusan nem adnak meg 0,5 A feletti adatokat. Az áramkör azonban a 0,5 A-nél lényegesen  nagyobb meghajtóáramot is képes szolgáltatni, amint az az 1. ábra oszcilloszkóp-ábráján is megfigyelhető. Ezt a hullámformát 50 Ω forrásimpedanciáról meghajtva, egy 0,01 μF-os kondenzátorral sorosan kapcsolt 1 Ω-os ellenállásból álló terhelésen mértük. Ezzel az oszcilloszkóp-ábra függőleges léptéke 2 A/osztás. Az ábrából kiolvasható, hogy az MMBT2222A majdnem 3 A meghajtóáramot képes előállítani, az MMBT3906 pedig 2 A-t tud elnyelni.
A valóságban a tranzisztort célszerűbb a komplementer típusával összepárosítani (az MMBT3906-ot az MMBT3904-gyel, az MMBT2222-t pedig az MMBT2907-tel). Az össze nem illő párt éppen az összehasonlítás kedvéért választottuk. Léteznek természetesen ezeknél nagyobb áramterhelhetőségű és nagyobb hfe-vel rendelkező típusok is, mint például az FMMT618/718 pár, amelynek hfe-je 6 A áramnál közel 100 (2. ábra). Igaz, hogy ez az áramkör nem olyan elegáns, mint egy integrált meghajtó, de a diszkrét alkatrészek alkalmazása olcsóbb megoldást adhat, amely ráadásul nagyobb áramot tud előállítani, és jobbak a termikus tulajdonságai is.  

 

texas2

2. ábra A nagyobb áramú tranzisztorok, mint az FMMT618 is, feljavíthatják a meghajtót (felső ábra: MMBT3904, alsó ábra: FMMT618)


A 3. ábrán egy olyan egyszerű meghajtóáramkör-változat látható, amely galvanikus elválasztásnál is használható. A jeltranszformátort szimmetrikus bipoláris meghajtójellel vezéreljük. A transzformátor szekunder oldala állítja elő a tápfeszültséget és a meghajtó áramkör vezérlőjelét is. A D1- és D2-diódák egyenirányítják a transzformátor szekunder feszültségét, a Q1- és Q2-tranzisztorok pedig illesztik a transzformátor impedanciáját annak érdekében, hogy elegendően nagy áramimpulzusokkal lehessen tölteni és kisütni a kapcsolófet kapuelektróda-kapacitását. Ez az áramkör 50%-os kitöltési tényezőnél rendkívül hatásos (lásd a 3. ábrán alul mutatott meghajtójelet), mivel gyors kikapcsolást tesz lehetővé, amellyel minimalizálja a kapcsolási veszteséget. Ezért ez a megoldás nagyon kedvezően használható fáziseltolással vezérelt egészhidas DC/DC-konvertereknél.

 

texas3

3. ábra Néhány további alkatrésszel galvanikusan elválasztott meghajtót készíthetünk


Ha viszont a 3. ábrán felül látható alakú vezérlőjelet használunk, amelynek 50%-nál kisebb a kitöltési tényezője, gondoskodjunk a transzformátor tranzienseinek csillapításáról. Ez segít megelőzni a kapcsolófet szándékunktól eltérő átkapcsolásait, amelyeket a jelváltások utáni lengés okozhat. Az alacsony szintről a nullára történő kapcsoláskor ugyanis a transzformátor szórt induktivitásából és a szekunder tekercs kapacitásából álló rezgőkörön kialakuló lengés pozitív feszültségű szakaszai a kapcsolófet téves átkapcsolását eredményezhetik.   

Összegezve: a diszkrét alkatrészekből felépített meghajtó áramkörökkel anyagköltséget lehet megtakarítani. Nagyjából 4 dollárcent értékű diszkrét alkatrésszel tízszer annyiba kerülő integrált áramkörös meghajtót lehet helyettesíteni. A diszkrét megoldással 2 A-nél nagyobb meghajtóáram is elérhető, és a hővé alakuló veszteségi teljesítmény alól tehermentesíthető a vezérlő IC. Ezenkívül a nagy kapcsolt áramváltozások is elterelhetők a vezérlő IC-től, amely javítja a teljes áramkör szabályozási és zajjellemzőit.  
Következő havi cikkünkben folytatjuk az egyszerű kapcsolófet-meghajtóáramkörök tárgyalását, és a szinkron egyenirányítók meghajtó-megoldásaival is foglalkozunk.

 


[1]Kisjelű áramerősítési tényező földelt emitteres alapkapcsolásban. – A ford. megj.

 

www.ti.com/power-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

 

   
Advertisement