Trong nhiều tình huống, mình cần sử dụng MOSFET được cấu hình làm công tắc bên cao. Đôi khi, mình cần sử dụng MOSFET được cấu hình làm công tắc bên cao và bên thấp. Chẳng hạn như trong các mạch cầu. Trong mạch bán cầu, mình có 1 MOSFET phía cao và 1 MOSFET phía thấp. Trong mạch toàn cầu mình có 2 MOSFET phía cao và 2 MOSFET phía thấp. Trong những tình huống như vậy, cần phải sử dụng mạch truyền động phía cao cùng với mạch truyền động phía thấp. Cách phổ biến nhất để điều khiển MOSFET trong những trường hợp như vậy là sử dụng trình điều khiển MOSFET bên thấp. Không nghi ngờ gì nữa, chip trình điều khiển phổ biến nhất như vậy là IR2110. Và trong bài viết / hướng dẫn này, mình sẽ nói về IR2110.Bạn có thể tải xuống biểu dữ liệu IR2110 từ trang web IR. Đây là liên kết tải xuống:www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf
Đầu tiên mình hãy xem sơ đồ khối và các phép gán chân và định nghĩa chân (còn được gọi là gán chì và định nghĩa chì ):
Hình 1 – Sơ đồ khối IR2110 (bấm vào hình để phóng to)
Hình 2 – Nhiệm vụ Ghim / Chì IR2110 (bấm vào hình để phóng to)
Hình 3 – Định nghĩa Chốt / Chì IR2110 (bấm vào hình để phóng to)Lưu ý rằng IR2110 có hai gói – gói PDIP 14 chân xuyên lỗ và gói SOIC gắn kết bề mặt 16 chân.
Bây giờ mình hãy nói về các chân khác nhau.VCC là nguồn cung cấp phía thấp và phải nằm trong khoảng từ 10V đến 20V. VDD là nguồn cung cấp logic cho IR2110. Nó có thể nằm trong khoảng từ + 3V đến + 20V (có tham chiếu đến VSS). Điện áp thực tế bạn chọn để sử dụng phụ thuộc vào mức điện áp của tín hiệu đầu vào của bạn. Đây là biểu đồ:
Hình 4 – IR2110 Ngưỡng đầu vào Logic “1” so với VDD (nhấp vào hình ảnh để phóng to)Thông thường sử dụng VDD = + 5V. Khi VDD = + 5V,
ngưỡng đầu vào logic 1 cao hơn 3V một chút. Vì vậy, khi VDD = + 5V, IR2110 có thể được sử dụng để điều khiển tải khi đầu vào “1” cao hơn 3 điểm volt nào đó. Điều này có nghĩa là nó có thể được sử dụng cho hầu hết các mạch, vì
hầu hết các mạch có xu hướng có đầu ra khoảng 5V. Khi bạn đang sử dụng vi điều khiển, điện áp đầu ra sẽ cao hơn 4V (khi vi điều khiển có VDD = + 5V, điều này khá phổ biến). Khi bạn đang sử dụng SG3525 hoặc TL494 hoặc bộ điều khiển PWM khác, có thể bạn sẽ tắt nguồn lớn hơn 10V, nghĩa là đầu ra sẽ cao hơn 8V khi ở mức cao. Vì vậy, IR2110 có thể được sử dụng dễ dàng.Bạn có thể hạ VDD xuống khoảng 4V nếu bạn đang sử dụng bộ vi điều khiển hoặc các chip nào cung cấp đầu ra 3,3V (ví dụ: dsPIC33). Trong khi thiết kế mạch với IR2110, mình đã nhận thấy rằng đôi khi mạch
không hoạt động bình thường khi IR2110 VDD được chọn là nhỏ hơn + 4V. Vì vậy, mình không khuyên bạn nên sử dụng VDD nhỏ hơn + 4V.Trong hầu hết các mạch của mình, mình không có mức tín hiệu có điện áp cao hơn 4V và vì vậy mình sử dụng VDD = + 5V.Nếu vì lý do nào đó, bạn có mức tín hiệu với mức logic “1” thấp hơn 3V, bạn sẽ cần một bộ chuyển đổi / biên dịch mức để tăng điện áp đến giới hạn có thể chấp thấy. Trong những tình huống như vậy, mình khuyên bạn nên tăng cường lên đến 4V hoặc 5V và sử dụng IR2110 VDD = + 5V.Bây giờ mình hãy nói về VSS và COM. VSS là nguồn cung cấp logic. COM là “low side return” – về cơ bản, kết nối mặt đất ổ đĩa phía thấp.
Có vẻ như chúng độc lập và bạn có thể nghĩ rằng bạn có thể cô lập các đầu ra ổ đĩa và tín hiệu ổ đĩa. Tuy nhiên, bạn đã nhầm. Trong khi chúng không được kết nối nội bộ, IR2110 là một trình điều khiển không bị cô lập, có nghĩa là VSS và COM đều phải được kết nối với đất.HIN và LIN là các đầu vào logic. Tín hiệu cao tới HIN có nghĩa là bạn muốn điều khiển MOSFET phía cao, nghĩa là một đầu ra cao được cung cấp trên HO. Tín hiệu thấp tới HIN có nghĩa là bạn muốn tắt MOSFET phía cao , nghĩa là đầu ra thấp được cung cấp trên HO. Đầu ra đến HO – cao hay thấp – không liên quan đến mặt bằng, mà là liên quan đến VS. mình sẽ sớm xem cách một mạch bootstrap (diode + tụ điện) – sử dụng VCC, VB và VS – được sử dụng như thế nào để cung cấp nguồn cung cấp động cho MOSFET. VS là mức hoàn vốn thả nổi phía cao. Khi cao, mức HO bằng mức trên VB, đối với VS. Khi ở mức thấp, mức HO bằng VS, đối với VS, hiệu quả bằng không.Tín hiệu cao đến LIN có nghĩa là bạn muốn điều khiển MOSFET phía thấp, nghĩa là đầu ra cao được cung cấp trên LO. Một tín hiệu thấp đến LIN có nghĩa là bạn muốn tắt MOSFET phía thấp, nghĩa là một đầu ra thấp được cung cấp trên LO. Đầu ra trên LO là đối với mặt đất. Khi ở mức cao, mức trên LO bằng mức của VCC, đối với VSS, được nối đất hiệu quả. Khi ở mức thấp, mức trên LO bằng mức trên VSS, đối với VSS, hiệu quả bằng không.SD được sử dụng làm điều khiển tắt máy. Khi chân này ở mức thấp, IR2110 được bật – chức năng tắt máy bị tắt. Khi chân này ở mức cao, các đầu ra sẽ bị tắt, vô hiệu hóa ổ đĩa IR2110.Bây giờ mình hãy xem xét cấu hình IR2110 phổ biến để điều khiển MOSFET ở cả cấu hình bên cao và bên thấp – một giai đoạn nửa cầu.
Hình 5 – Mạch IR2110 cơ bản để dẫn động nửa cầu (bấm vào hình để phóng to)D1, C1 và C2 cùng với IR2110 tạo thành mạch bootstrap . Khi LIN = 1 và Q2 được bật, C1 và C2 được sạc đến mức trên VB, là một diode giảm xuống dưới + VCC. Khi LIN = 0 và HIN = 1, điện tích này trên C1 và C2 được sử dụng để thêm điện áp phụ – trong trường hợp này là VB – trên mức nguồn của Q1 để điều khiển Q1 ở cấu hình phía cao. Một điện dung đủ lớn phải được chọn cho C1 để nó có thể cung cấp điện tích cần thiết để giữ Q1 luôn hoạt động. C1 cũng không được quá lớn khiến sạc quá
chậm và mức điện áp không tăng đủ để giữ MOSFET bật.
Thời gian đúng hạn càng cao, điện dung yêu cầu càng cao. Như vậy, càng thấp tần số, cao hơn các điện dung yêu cầu cho C1.
Chu kỳ nhiệm vụ càng cao, điện dung yêu cầu cho C1 càng cao. Có, có sẵn các công thức để tính điện dung. Tuy nhiên, có rất nhiều thông số liên quan, một số trong đó mình có thể không biết – ví dụ như dòng điện rò của tụ điện. Vì vậy, mình chỉ ước tính điện dung cần thiết. Đối với các tần số thấp như 50Hz, mình sử dụng điện dung từ 47 µ F đến 68 µ F. Đối với các tần số cao như 30kHz đến 50kHz, mình sử dụng từ 4,7 µ F đến 22 µ F. Vì mình đang sử dụng
tụ điện, nên sử dụng tụ gốm song song với tụ điện này. Tụ gốm không cần thiết nếu tụ điện khởi động là tantali.D2 và D3 xả nhanh điện dung cổng của MOSFET, bỏ qua các điện trở cổng, giảm thời gian tắt. R1 và R2 là các điện trở hạn chế dòng cổng.+ MOSV có thể lên đến tối đa 500V.+ VCC nên từ nguồn cung cấp sạch. Bạn nên sử dụng tụ lọc và tụ tách từ + VCC xuống đất để lọc.Bây giờ mình hãy xem xét một vài mạch ứng dụng ví dụ của IR2110.
Hình 6 – Mạch IR2110 cho ổ bán cầu điện áp cao (bấm vào hình để phóng to)
Hình 7 – Mạch IR2110 cho ổ đĩa toàn cầu điện áp cao với điều khiển công tắc độc lập (bấm vào hình để phóng to)
Trong hình 7, mình thấy IR2110 được sử dụng để truyền động một cầu đầy đủ. Chức năng này rất đơn giản và bạn sẽ hiểu nó ngay bây giờ. Một điều phổ biến thường được thực hiện là, HIN1 được gắn / nối ngắn với LIN2 và HIN2 được buộc / nối ngắn với LIN1, cho phép điều khiển cả 4 MOSFET từ 2 đầu vào tín hiệu , thay vì 4 như hình dưới đây trong Hình 8.
Hình 8 – Mạch IR2110 cho truyền động toàn cầu điện áp cao với điều khiển công tắc gắn – điều khiển với 2 tín hiệu đầu vào (nhấp vào hình để phóng to)
Hình 9 – Sử dụng IR2110 như một trình điều khiển phía cao áp duy nhất (nhấp vào hình ảnh để phóng to)
Trong Hình 9, mình thấy IR2110 được sử dụng như một trình điều khiển bên cao duy nhất . Mạch đủ đơn giản và tuân theo chức năng tương tự được mô tả ở trên. Cần nhớ một điều rằng, vì không có công tắc bên thấp nên phải có tải nối từ OUT xuống đất. Nếu không, các tụ điện bootstrap không thể sạc.
Hình 10 – Sử dụng IR2110 làm trình điều khiển bên thấp duy nhất (nhấp vào hình ảnh để phóng to)
Hình 11 – Sử dụng IR2110 làm trình điều khiển kép bên thấp (nhấp vào hình ảnh để phóng to)
Nếu bạn gặp lỗi với IR2110 và có trình điều khiển sau trình điều khiển, MOSFET sau khi MOSFET bị hư, cháy và không thành công, mình khá chắc chắn rằng đó là do bạn không sử dụng điện trở cổng vào nguồn, tất nhiên giả sử rằng bạn đã thiết kế IR2110 giai đoạn trình điều khiển đúng cách. KHÔNG BAO GIỜ OMIT CÁC ĐIỆN TRỞ CỔNG ĐẾN NGUỒN. Nếu bạn tò mò, bạn có thể đọc về trải nghiệm của mình với chúng tại đây (mình cũng đã giải thích lý do mà các điện trở ngăn ngừa hư hư)
mình đã thấy trong nhiều diễn đàn rằng mọi người đấu tranh với việc thiết kế mạch với IR2110. mình cũng đã gặp rất nhiều khó khăn trước khi có thể tự tin và nhất quán xây dựng các mạch trình điều khiển thành công với IR2110. mình đã cố gắng giải thích kỹ ứng dụng và cách sử dụng IR2110 thông qua phần giải thích và nhiều ví dụ và hy vọng rằng nó sẽ giúp bạn trong nỗ lực của mình với IR2110.
❀◕ ‿ ◕❀
