Cách Chọn Một IC Điều Khiển Cổng

Ngày nay, transistor có đủ hình dạng và kích cỡ, dù chúng được tích hợp vào CPU hay có sẵn dưới dạng linh kiện rời. Bất kỳ transistor nào cũng cần một số dòng điện để chuyển đổi giữa trạng thái BẬT và TẮT, từ đó cho phép dòng điện chảy qua thiết bị. Transistor lớn hơn, cả về kích thước vật lý lẫn khả năng phát ra dòng điện, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để chuyển đổi. Năng lượng này có thể được cung cấp bởi một IC trình điều khiển cổng, chuyên dùng để cung cấp bộ đệm giữa bộ điều khiển và transistor công suất.

Không phải ứng dụng nào cũng cần đến IC trình điều khiển cổng. Các ứng dụng tần số cao có thể bao gồm một mạch trình điều khiển cổng tối ưu hóa bên trong bộ thu phát hoặc thành phần RF khác để cung cấp năng lượng cần thiết cho việc chuyển đổi một bộ khuếch đại transistor, bao gồm cả trong các bộ khuếch đại công suất RF. Những thành phần này là một phần không thể thiếu của hệ thống điện vì chúng cung cấp năng lượng chuyển đổi cần thiết đồng thời bảo vệ các thành phần quan trọng khác. Dưới đây là cách thức hoạt động của các thành phần này và cách chọn một IC trình điều khiển cổng.

Tại sao sử dụng IC trình điều khiển cổng?

Như đã đề cập ở trên, một IC trình điều khiển cổng cung cấp dòng điện cao cho một transistor công suất cao, như một IGBT hoặc MOSFET, để hoàn toàn đưa nó vào trạng thái dẫn điện. Những thành phần này nhận một đầu vào công suất thấp từ thành phần khác, như một MCU hoặc IC điều khiển khác. Theo cách này, IC trình điều khiển cổng hoạt động như một bộ đệm giữa MCU và transistor. Sơ đồ điển hình cho một IC trình điều khiển cổng trong một chuỗi tín hiệu được hiển thị dưới đây.

Sơ đồ chuỗi tín hiệu cho một IC trình điều khiển cổng

Mặc dù mục đích cơ bản của trình điều khiển cổng là hoạt động như một bộ khuếch đại để điều khiển một transistor lớn, có một lý do sâu xa hơn khi sử dụng IC trình điều khiển cổng cho việc chuyển đổi. Các mục tiêu chính khi sử dụng một IC trình điều khiển cổng chuyên biệt là:

1. Giảm thiểu tổn thất chuyển đổi trong transistor tải

2. Giảm thời gian chuyển đổi của transistor tải

3. Điều khiển transistor hoàn toàn vào trạng thái dẫn điện/không dẫn điện

Một mục tiêu thứ ba, không phải tất cả các trình điều khiển cổng đều cung cấp, là cung cấp sự cách ly giữa tải và bộ điều khiển. Điều này được cung cấp bởi một máy biến áp nhỏ bên trong trình điều khiển cổng; những thành phần như vậy được gọi là trình điều khiển cổng cách ly.

Tất cả transistor đều có một số điện dung phi tuyến, tức là, chúng hoạt động như varactor. Khi transistor tải được chuyển đổi, một số điện tích vẫn còn trên vùng cổng giữ cho kênh ở trạng thái không dẫn điện hoặc dẫn điện hiện tại. Một khi một xung dòng điện khác được áp dụng, nhiệt độ cao có thể được tạo ra trong transistor nếu tín hiệu chuyển đổi chậm hoặc chạy ở dòng điện thấp. Áp dụng tín hiệu chuyển đổi ở dòng điện cao hơn cung cấp sự chuyển đổi nhanh chóng giữa các trạng thái với tổn thất ít hơn.

Sơ đồ được hiển thị ở trên và nhu cầu điều chế hoàn chỉnh, nhanh chóng của các transistor công suất cao làm cho IC điều khiển cổng trở nên quan trọng trong bất kỳ ứng dụng nào mà tải công suất cao yêu cầu chuyển đổi và điều chế hoàn toàn. Nếu chúng ta thực hiện điều này với một MCU, dòng điện lớn rút ra từ MCU có thể khiến nó quá nhiệt và hỏng, do đó cần có một bộ điều khiển cổng. Ba ứng dụng điển hình là trong bộ chuyển đổi DC-DC, bộ đảo nguồn và mạch điều khiển động cơ.

Chuyển đổi DC-DC

Khi bộ điều khiển cổng nhận được tín hiệu đầu vào từ bộ điều khiển, nó sẽ xuất ra dòng điện cao đến một transistor đơn lẻ, hoặc nhiều transistor mắc song song. Lưu ý rằng việc sắp xếp các transistor song song là phổ biến, đặc biệt là với IGBTs hoặc MOSFETs, trong các bộ chuyển đổi DC-DC với dòng điện cao. Loại hệ thống này là cần thiết khi một mảng các transistor lớn yêu cầu vài amp dòng điện để hoàn toàn chuyển sang trạng thái dẫn điện, điều này là điển hình trong các bộ chuyển đổi công suất cao.

Về vị trí trong chuỗi tín hiệu, bộ điều khiển cổng sẽ nằm trong một vòng lặp phản hồi, như được hiển thị trong hình dưới đây. Một MCU có thể được sử dụng để thực hiện một thuật toán điều khiển đơn giản để cung cấp đầu ra điện áp ổn định, hoặc nó có thể được sử dụng để thay đổi điện áp đầu ra theo đầu vào của người dùng. Trong trường hợp một quy định dòng điện cao được mong muốn từ bộ chuyển đổi, một bộ khuếch đại cảm biến dòng có thể được sử dụng trong vòng lặp phản hồi trước MCU/bộ điều khiển PWM vì điều này cung cấp một phép đo dòng điện chính xác để sử dụng trong một thuật toán điều khiển.

Một IC điều khiển cổng trong một vòng lặp phản hồi cho chuyển đổi DC-DC.

Bộ Đảo Nguồn

Điều này liên quan đến chuyển đổi DC-DC, mặc dù bây giờ chúng ta đang chuyển đổi liên tục để tạo ra một dạng sóng dao động. Bộ điều khiển cổng cách ly là cần thiết trong ứng dụng này để cách ly nguồn DC và bộ điều khiển khỏi phía đầu ra. Logic đảo ngược được sử dụng ở phía tải, trong khi bộ điều khiển cổng được cung cấp với một dạng sóng dao động dòng điện thấp.

Mạch Điều Khiển Động Cơ

Ứng dụng chính này liên quan đến việc điều khiển một transistor với tín hiệu PWM. Trong trường hợp này, bộ điều khiển cổng nhận một tín hiệu PWM và xuất ra phiên bản dòng điện cao, được khuếch đại của tín hiệu PWM. Sau đó, tín hiệu này được gửi đến một mảng transistor để điều khiển một động cơ. Ví dụ bao gồm điều khiển động cơ bước và động cơ chải. Bộ điều khiển cổng cách ly thường được sử dụng trong ứng dụng này vì chúng xuất hiện giữa MCU/bộ điều khiển và động cơ ở phía đầu ra.

Thông Số Kỹ Thuật Quan Trọng của Bộ Điều Khiển Cổng

Dòng điện đầu ra là thông số kỹ thuật quan trọng nhất bạn cần xem xét, và thông số này nên được so sánh với thông số kỹ thuật của transistor của bạn. Dưới đây là một số thông số kỹ thuật quan trọng khác bạn nên xem xét khi chọn một IC điều khiển cổng:

• Loại trình điều khiển cổng. Có bốn loại trình điều khiển cổng:

• • High-side: Loại này được sử dụng để điều khiển các transistor công suất được kết nối với đường ray cung cấp dương mà không có kết nối tham chiếu đất.

  • Low-side: Loại này được sử dụng để điều khiển các transistor được kết nối với đường ray cung cấp âm mà không có kết nối tham chiếu.

  • Half-bridge: Các thành phần này chứa mạch điều khiển cả low-side và high-side, làm cho chúng linh hoạt hơn.

  • Three-phase: Các trình điều khiển cổng này được sử dụng trong các hệ thống ba pha.

• Thời gian tăng và giảm. Điều này quan trọng để giảm thiểu tổn thất chuyển mạch. Cụ thể, chuyển mạch với thời gian tăng/giảm nhanh sẽ đảm bảo tổn thất chuyển mạch thấp hơn trong transistor.

• Tần số tối đa. Điều này quan trọng trong cả ba ứng dụng trên.

• Đánh giá nhiệt độ. Vì các thành phần này hoạt động ở công suất cao, chúng có thể cần một tản nhiệt để làm mát.

IC trình điều khiển cổng FAN73912MX từ ON Semiconductor là một ví dụ về thành phần công suất cao có thể được kết nối theo cấu hình half bridge. Mạch ứng dụng dưới đây minh họa cách một trình điều khiển cổng công suất cao có thể được tích hợp với một bộ điều khiển trong hệ thống điện áp cao.

Mạch ứng dụng IC trình điều khiển cổng FAN73912MX. Từ tài liệu dữ liệu FAN73912MX.

Khi bạn đang tìm kiếm các thành phần điện tử công suất, bao gồm transistor và các lựa chọn IC trình điều khiển cổng, hãy thử sử dụng các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart. Bạn sẽ có quyền truy cập vào một công cụ tìm kiếm rộng lớn với dữ liệu nhà phân phối và thông số kỹ thuật của các bộ phận, tất cả đều có giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp quản lý công suất của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần cho việc chuyển đổi, điều kiện và quản lý công suất.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.