Драйвер полевых транзисторов из хлама

Опубликовано в рубрике "Высоковольтное,Источники питания", 20 декабря, 2009.

Я продолжаю переносить статьи со своего старого сайта. В этот раз речь пойдет о простом и доступном драйвере полевых транзисторов.

Итак, выяснилось, что резонансная частота моей "Теслы" была 230кГц и на этой частоте нужно было как-то “тягать” затворы мощных полевых транзисторов. Задача хоть и не архисложная, но обычно она решается применением специальных микросхем-драйверов типа UCC37321, IR4426 и подобных. Доступа к микросхемным драйверам у меня тогда небыло, и, поэтому, пришлось изобретать что-то свое из гавна и палок доступных деталей. Возможно, мой опыт поможет тому, кто оказался в подобной ситуации.

image

Собственно, схема:

image

Оказалось, что заставить биполярный транзистор переключаться с частотой в 300кГц с хорошими фронтами — довольно сложная задача. Транзистор входит и выходит из насыщения слишком долго. Диод Шоттки между базой и коллектором помог, но почему-то не очень. Результат меня не удовлетворил, поэтому был внесен каскад на детальках (T1, T2, VD3, R3) тут ничего в насыщение не входит, и схема переключается довольно красиво.

Итак, как это все работает. На вход подается сигнал амплитудой в 12вольт от источника с выходным сопротивлением. меньше 1кОм. Он проходит через оптопару и в ней инвертируется. Оптопара служит для гальванической развязки. Максимальное выходное напряжение оптопары — 5В, поэтому каскад на T1 усиливает сигнал до 12В и инвертирует его. Далее сигнал подается на двойной эмиттерный повторитель, где усиливается по току.

Итого имеем — выходной ток — 3А (это постоянный, а импульсный, наверняка, намного больше).

На картинках осциллограммы выхода драйвера на нагрузках (100(!)нФ и 10нФ). Как видно, драйвер демонстрирует очень неплохие результаты.

 hiload

 

Я собрал сразу два драйвера на одной плате (для полумоста), что и видно на фотографии. Полумост без проблем работает на 300кГц. Плату драйвер можно скачать

 

 

А теперь можно сказать -приятный сюрприз так как вход и выход гальванически развязанны, то для питания полумоста или моста можно (хотя и не рекомендуется) использовать "бутстепный" метод — тоесть вместо двух или четырех трансформаторов можно поставить просто диод и питать весь мост от одного(!) трансформатора. Подробнее про эту методику можете посмотреть в даташите на микросхему IR2135.

lowload




Комментарии
  1. Qic написал(а) 20 декабря, 2009 в 22:58

    Собрал этот драйвер — рулят ИРФП460 в полумосте — все настолько хорошо на 750кГц что пришлось ставить обратный диод+резистор в затворы для создания деад-тайма =)

    BSVi Reply:

    Спасибо за отзыв ))

  2. qic написал(а) 21 марта, 2010 в 23:00

    Вот тут надо управлять ими от к561ла7 (Uпит=12В) Выходит при 50мА 5В светодиоде в оптопаре всего 140 Ом сопротивление — верно?

    BSVi Reply:

    ну, 5в на светодиоде, это что-то лихо ты загнул. Скорее до 2х вольт. 200ом получается, да.

  3. Dahaka написал(а) 8 июня, 2010 в 17:57

    Блин, я туплю, может, но КРЕНа — мах 1А.

    Цитата:
    >>Итого имеем – выходной ток – 3А (это постоянный, а импульсный, наверняка, намного больше).

    Как так?!

    BSVi Reply:

    Крен выдает ток постоянно, а драйвер в импульсе. Тоесть, он накапливает энергию за какое-то время, а потом бабац, и выдает большой ток.

    Dahaka Reply:

    Бабац это круто=) Особенно когда слышно, видно, и ощутимо. Хотя нет, насчёт последнего пункта вряд ли. А всё таки — стаблизатор сильно тут грееться!?

    BSVi Reply:

    Если нагрузка — транзисторы, то не греется совсем. Можно даже мелкий 78l12 ставить.

  4. qic написал(а) 15 июня, 2010 в 10:35

    Привет! Тут парочка вопросов возникла.
    В общем хочу сделать злой драйвер из палок и экскрементов.
    Я конечно пробовал ГДТ — мне понравилось. Но ГДТ для диапазона частот а рулить хочется от килогерц и до мегагерц.
    Итак.
    1) Если взять от этого драйвера конечную часть (после оптопары) и затвором второго КП501 подключиться к стоку КП501 первого. Получится выход с инверсным сигналом? (Поднять питание до 15 В — и вот драйвер уже с мостовым выходом с размахом +\- 15В. (с)
    2) Хочу попробовать так — компаратор с эммитерным повторителем(двойным) — первое плечо, такое же (компаратор соединен к первому + к — и на оборот) второе плечо. Это я так хочу избавиться от того что после оптопары и до выходных каскадов. Можно так? (советовали LM311).
    ЗЫ Заранее спасибо =)

    BSVi Reply:

    1) Ну, сделать мостовой драйвер — совсем не проблема. Можно даже не использовать второй КП501, а подключить повторитель прямо к выходу оптопары.

    2) Можно так?
    Компараторы — штуки относительно медленные, и на мегагерцах LM311 сильно исказит сигнал.

    Вообще, я очень сомневаюсь в применимости этого драйвера на мегагерцах. Если чего получится, отпишись.

    qic Reply:

    Транзисторы то это осилят. Тут все просто — заменил на что покруче и вперед.
    А с компараторами я незнаю что взять — но желаемо чтобы на дравер не ушло более 200-250р (ибо тогда проще оптопару и две УЦЦ).
    Чтобы компаратор негрузить наверное оставлю первый повторитель на кт315/кт361.
    Пока я попробую просто взять два твоих драйвера, спараллелить питание, оптопары соединить в «противофазе» и подключить к входу и выходу И-НЕ.
    ССТЦ однотакт (классЕ) IRFP460
    О результатах отпишусь.

    BSVi Reply:

    Удачи!

  5. georgy31 написал(а) 21 октября, 2010 в 13:44

    Пробовал запустить ваш драйвер на 50 кгц, всё красиво, но дэд-таймы срезает как вроде их и не было. Вам не кажется, что в этой оптопаре стоит триггер Шмидта?
    Обязательно ли замыкать 7и 8 ноги? Вроде как вход с выходом перемыкаются.

    BSVi Reply:

    >дэд-таймы срезает как вроде их и не было. Вам не кажется, что в этой оптопаре стоит триггер Шмидта?

    Триггер никак не влияет на передачу сигнала. Драйвер передает только логические уровни 0 и 1.

    Обязательно ли замыкать 7и 8 ноги? Да, 8 — это питание, а 7 — разрешение работать.

    georgy31 Reply:

    Как же триггер не влияет на передачу сигнала, когда на входе есть дэд-тайм, а на выходе и следа нет. Может как то его можно сохранить? В крайнем случае, как его организовать по выходу драйвера?

    BSVi Reply:

    >Как же триггер не влияет на передачу сигнала, когда на входе есть дэд-тайм, а на выходе и следа нет.

    Что такое, по вашему, дед тайм?

    georgy31 Reply:

    Дэд-тайм, это такие полчки по бокам меандра. Так вот эта оптопара с перднего дэда делает просто уклон умпульса, а задний немного остаётся, только спадает почти к низу.

    BSVi Reply:

    Немного не правильно. Дед тайм — это разница во времени между переключением транзисторов верхнего и нижнего плеча.

    Я подозреваю, что вы подаете на драйвер то, что нарисовано на рис 2.
    Нужно же сделать два драйвера и подавать то, что на рис 1.

    http://savepic.ru/1928194.jpg

    georgy31 Reply:

    Да я уже и сам всё понял. Видно перепаялся вчера. Вот только я подаю сигнал с 5и вольтового контроллера. Как можно рассчитать ток 5ма через светодиод? Попросту, какой резистор Р1. Я остановился на 240 ОМ, но всё равно передний фронт немного завален, на 100 нансек, уже с выхода опртрона. Задний идеален.

    BSVi Reply:

    >но всё равно передний фронт немного завален, на 100 нансек
    Хотите поиграться — просто уменьшайте резистор.

    Если всетаки хотите расичтать, выучите закон ома (http://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Ома)
    И учтите, что на диоде падает некоторое напряжение, оно написано в даташите на оптопару.

    Но, я думаю, там и такк все в насыщении у вас. 100нс — это оочень высокая скорость, я вообще слабо представляю применение этому драйверу там, где требуется меньшая длительность фронта.

    Ну, и на всякий случай, почитайте http://bsvi.ru/rules/

  6. georgy31 написал(а) 22 октября, 2010 в 11:23

    Спасибо насчёт закона Ома, он мне очень пригодится надеюсь. У меня контроллер формирует ШИМ-синус, но фраернулся и частоту дискретизации сделал 50 кгц, а её обычные оптодрайвера преобразуют в синус из шима, этот ваш изГиПАЛ вроде пытается выдать что то приближённое к начальному сигналу, я давно с этой оптопарой экспериментирую, но не додумал всунуть полевик для согласования. За что вам большое человеческое спасибо и низкий поклон. Только извените, вывод 7 служит для мониторинга фотодиода, и его лучше вообще не использовать, иначе он собирает весь мусор из питания. Извениете за надоедливость, но всетаки драйвер ваш отличный. А немного замедленное включение и мгновенное выключение, — в этом что то есть заманчивое. Как закончу, поделюсь.

    BSVi Reply:

    Спасибо за спасибо, жду результатов.

  7. tdb1001 написал(а) 3 декабря, 2010 в 20:27

    Здравствуйте!
    Возник ряд вопросов по схеме:
    Какую функцию выполняют диод VD3 и транзистор T2?
    Какие именно транзисторы не входят в насыщение и почему?
    Буквы в обозначениях транзисторов, как я понял, могут быть любые?

    BSVi Reply:

    >Какую функцию выполняют диод VD3 и транзистор T2?
    T2 тянет вызодник вверх, а VD3 позволяет ему открываться, когда T1 выключается

    >Какие именно транзисторы не входят в насыщение и почему?
    Речь шла про T2. Почему не входит — предлагаю загуглить по поводу того, что такое насыщение и что нужно сделать, чтобы в него войти.

    >Буквы в обозначениях транзисторов, как я понял, могут быть любые?
    Ага

    tdb1001 Reply:

    >предлагаю загуглить по поводу того, что такое насыщение и что нужно сделать, чтобы в него войти.
    Для того чтобы ввести транзистор в режим насыщения необходимо, чтобы оба его перехода были смещены в прямом направлении. Т.к. напряжение базы транзистора T2 в этой схеме не может быть больше 12 Вольт, т.е. больше напряжения коллектора то транзистор T2 не может войти в режим насыщения. Это правильно?
    Раньше я думал, что режим насыщения наступает при достижении определенного значения тока базы iб>=iбнас, даже если коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный переход в прямом. Это как я понял не верно?

    Как я понял, T2 служит для того, чтобы быстрее подтянуть базы транзисторов T3 и T4 к 12В (т.е T2 полностью откроется быстрее, чем полностью закроется T1). Так ли это?

    Никак не пойму как идут токи через VD3 во время включения и выключения T1.
    Если не сложно можно поподробней описать, что происходит при включении и
    выключении Т1 с VD3 и Т2.

    BSVi Reply:

    >Это правильно?
    Именно.

    >Это как я понял не верно?
    Ага.

    >Так ли это?
    И опять, да )

    >происходит при включении и выключении Т1 с VD3 и Т2.
    Подаем ноль на затвор. При этом T1 закрывается, на его стоке появляется +12, открывается T2 (ток течет в нагрузку через б-э переход) и на выходе этой конструкции появляется +12.

    Подаем +5 на затвор. T1 открывается, через VD3 на нагрузке получается ноль. При этом T2 закрывается, так как на базе — ноль.

    Что это такое вы собрались конструировать, если не секрет?

    tdb1001 Reply:

    Большое спасибо за ответы.

    >Что это такое вы собрались конструировать, если не секрет?
    Нет, это совсем не секрет. Ради эксперимента, хочу попробовать собрать индукционный нагреватель.

    На рисунке http://savepic.org/854601.jpg я нарисовал два варианта подключения ваших драйверов к GDT. Как Вы думаете это правильные варианты или нет. Терзают сомнения на счет второго (в отличие от первого работа драйверов на активно-индуктивную нагрузку), хотя с моей точки зрения должно работать.

    BSVi Reply:

    Только я не понял, зачем GDT делать пуш-пуллом, но хозяин-барин.

    Cepera2 Reply:

    Можно еще раз про насыщение уточнить? Чтобы в него войти нужно, чтобы на базе было больше чем на коллекторе (для пнп), но это невозможно т.к. коллектор на +питания. Как же он тогда раньше в него уходил?

    BSVi Reply:

    Для пнп- наоборот, напряжение на базе должно быть ниже, чем на коллекторе.

    В общем случае, коллектор подключен на + питания только в схеме с общим эмиттером. В остальных случаях он подключен через резистор. Падение на резисторе дает возможность базовому напряжению подняться выше коллекторного.

    Cepera2 Reply:

    ну да, спутал. на н-п-н на базе больше чем на коллекторе, а для п-н-п меньше чем на коллекторе (или эмиттере?).
    Сейчас припоминаю старую схему, там кажись VT2 как раз стоял в схеме с ОЭ. На него с оптрона шло 5в, он открывался, просаживал свой коллектор до 1в и насыщался. Все ясно, спасибо за разъяснение.

  8. Den написал(а) 27 декабря, 2010 в 23:32

    Хочу собрать Ваш драйвер , смущяет одно транзистор Т1 на схеме нарисован как p канал а даташыт говорит n канал кому верить ?
    И ещо один вопросик транзисторы кт315 и кт361 можно заменить на кт3102 и кт3107

    BSVi Reply:

    Гы, вот это — да )) Прошу прощения, действительно там Н-канальный должен быть.

    >И ещо один вопросик
    Можно.

  9. sunktor написал(а) 10 мая, 2011 в 17:12

    По моему лучше заменить узел Т1-Т2 двумя элементами коммутатора к564КТ3 со временем переключения 20ns, кроме того лучше поступить как буржуи в драйверах нового поколения, таких как ucc37322 например, где используются два одинаковых транзистора n-p-n структуры, так как транзисторы этой структуры обладают бОльшим быстродействием.
    Если оставить так, то не лучше ли сделать Т3-Т5 и Т4-Т6 составными с общим коллектором? А между базами Т3,Т4 и эмиттерами Т4-Т6 поставить низкоомное сопротивление (ом сто или менее), или это ухудшает скорость переключения?

    BSVi Reply:

    >двумя элементами коммутатора к564КТ3
    У коммутаторов высокое выходное сопротивление.

    >используются два одинаковых транзистора n-p-n структуры
    Придется делать сложную схему сдвига уровней.

    >или это ухудшает скорость переключения?
    не просто ухудшает, а очень сильно ухудшает.

  10. sunktor написал(а) 11 мая, 2011 в 11:57

    >У коммутаторов высокое выходное сопротивление.
    80 Ом Вы считаете не достаточно?

    >не просто ухудшает, а очень сильно ухудшает.
    Если у Вас есть более точные данные (экспериментальные), хотелось бы их услышать, неужели настолько, что вообще не приемлемо, хотя-бы порядок значений.

    BSVi Reply:

    >80 Ом Вы считаете не достаточно?
    Может и достаточно, не эксперементировал, но вылазят еще проблемы, к примеру, коммутировать нужно 12 вольт, а логический уровень — 5вольт. Какое должно быть питание?

    >Если у Вас есть более точные данные (экспериментальные)
    Нет, даже не пробовал. Но википедия знает:
    http://ru.wikipedia.org/wiki/Составной_транзистор
    (раздел недостатки)

  11. sunktor написал(а) 11 мая, 2011 в 19:00

    В общем взялся за паяльник, результат такой, фронт 100ns, спад 150ns на емкости в 5600 пик, если мерить как буржуи от 10 до 90 процентов уровня сигнала, насколько не врет мой осцил с минимумом развертки в 100 наносекунд.
    С коммутаторами я погорячился, они около 100ns переключаются, отсего и таки фронт и спад.
    Транзисторы лучше брать 646 и 639, еще 30-50 наносекунд можно выиграть (как раз фронт круче из за 646 транзистора, 639 не оказалось).
    Оставил только коммутатор (два ключа в параллель, так чуть больше выигрыш, а хватит и пару ключей (половины микрухи)), инвертор на одном 315 транзисторе и два транзистора на выходе, все, Т1-Т4 не нужны оказались.
    Вам бы на верхней осциллограмме развертку на 100 наносек поставить не мешало бы, плоховато видно.

    BSVi Reply:

    >фронт 100ns, спад 150ns на емкости в 5600 пик
    Ну, емкость не рекордная. Проблема в драйверах не столько в заряде емкости, сколько в подавлении эффекта миллера, а для этого нуно уметь заряжать емкость как минимум в 10 раз болше, чем затвор.

    Развертку поставить не могу, дрова давно почили, я давно уже пользуюсь интегральными драйверами.

    sunktor Reply:

    Ну так эффект Миллера иначе как увеличением тока затвора не преодолеть, а это от типа транзисторов зависит, по мне так 646 (1.2А) и 639(1.5) вполне могут его обеспечить.
    А вообще вот полезная инфа по силовым полевикам — narod.yandex.ru/100.xhtml?valvolodin.narod.ru/articles/fetdrvr.pdf

  12. sunktor написал(а) 11 мая, 2011 в 19:04

    >Может и достаточно, не эксперементировал, но вылазят еще проблемы, к примеру, коммутировать нужно 12 вольт, а логический уровень – 5вольт. Какое должно быть питание?
    Дак есть преобразователи уровня, вроде не сложно еще микруху добавить если нужно, смотря какая схема. Это дело второстепенное.

    BSVi Reply:

    Да нет, какраз — первостепенное. Ведь коммутатор в твоей схеме как-раз и играет роль преобразователя уровня, если к нему еще один пределать, то коммутатор уже не нужен будет. А быстрой преобразователь уровня у меня на схеме и показан.

  13. Misha25 написал(а) 19 июня, 2011 в 7:26

    Сергей, можно ли такими двумя драйверами рулить GDT для полумоста на irfp460, подобно ucc37321 ?

    BSVi Reply:

    Можно.

  14. XANDER написал(а) 7 июля, 2011 в 22:23

    Здравствуйте, а можно ли сделать драйвер с такого хлама как например УНЧ TDA2003 ? //завалялась куча такого добра, люблю нестандартные применения :)

    У меня с микроконтроллера шим ~30 kHz через резистор 5 Ом управляет мосфетом (с дохлой материнки). Мосфет рулит нагрузкой до 10А (электродвигатель зашунтированный диодом шотки). При коэффициенте заполнения шим 0 — 60% и 100% полевик полностью холодный (естественно в ключевом режиме так и должно быть), 60 — 99% заметно греется (насколько я понимаю он плохо переключается, микроконтроллер не в состоянии быстро перезарядить емкость затвора, нужен драйвер).

    Нет пока что осциллографа, в аналоговых нюансах только начинаю разбираться, прошу совет профи :) Если это возможно (даже с ограничениями), то получится отличная экономия места в отличии от рассыпного варианта. Заранее благодарен…

    BSVi Reply:

    Из усилителя драйвер получится разве-что на десяток-сотню герц. Без осцилла делать в силовухе нечего.

  15. Starlight написал(а) 6 января, 2012 в 1:53

    Здравствуйте! Прошу перезалить схему (http://bsvi.ru/uploads/13bb20409738_12DCC/image_3.png), не открывается полностью в браузере, а также не выкачивается полностью менеджером закачек.

    BSVi Reply:

    И открывается и выкачивается. Проблемы с вашей стороны.

    Starlight Reply:

    Действительно. Сегодня всё нормально и загрузилось и выкачалось. Интересно, почему так.

  16. Allex написал(а) 13 января, 2012 в 6:45

    Здравствуйте, собираюсь делать инвертор с синусом по этой схеме http://radiokot.ru/circuit/power/converter/19/ но по мощнее ключи будут irfp460, подскажите пожалуйста можно ли заменить драйвер автор на ваш в этой схеме, и что придется изменить, заранее спасибо!

    BSVi Reply:

    У автора хитрый дравер с бутстрепом и формирователем дед-тайма. Заменить, конечно можно, но придется много колдовать. Кроме бутстепа, нужно будет еще и дедтайм делать.

  17. mandarin написал(а) 23 апреля, 2012 в 18:58

    Здравствуйте, собираю ваш драйвер для небольшой полумостовой теселки, возникла следующая проблема — на выходе каскада Т1 сигнал не усиливается до 12 вольт, питание 12 вольт номиналы все как у вас, подскажите пожалуйста в чем может быть проблема?
    Заранее благодарю!

    BSVi Reply:

    Может непропай, может транзистор умер, может вы ножки транзистора перепутали.
    Схема проверенна несколькими людьми и 100% работоспособна.

  18. slava_s написал(а) 4 марта, 2013 в 18:17

    Автор написал:»Итого имеем — выходной ток — 3А (это постоянный, а импульсный, наверняка, намного больше).»

    А вот и нет.Максимальный постоянный ток коллектора транзисторов КТ815,КТ814-
    1.5 А.Импульсный-3А.
    Плюс ко всему эти транзисторы низкочастотные(Fгр.около 3МГц).Плюс на переходах БЭ транзисторов драйвера остаётся большое напряжение(3 перехода на выключение -1.8 В, на включение-не так важно),что замедляет разряд затворной ёмкости управляемого драйвером ключа.Для увеличения скорости выключения (особенно при низком значении порогового напряжения ключа) нужно разряжать затвор отрицательным питанием, которое можно сформировать с помощью стабилитрона с параллельным ему конденсатором и резистора параллельно затвору выходного ключа.Питание положительное драйвера нужно будет увеличить на величину,равную номиналу стабилитрона(обычно применяется 3.3-4.7В).Транзисторы (вместо КТ814,815) лучше поставить более высокочастотные, например, КТ972,973(они ещё и составные, тогда 315,361 не нужны) или SS8050,8550.

    Barsick Reply:

    КТ972,973 — подтверждаю, годный выбор. Силовые IGBT размером с сигаретную пачку (тип не помню за давностью, какой-то Сименс) работали без вопросов, но, где-то на 40 кгц, больше просто не надо было. Что стояло между 6N137 и КТ972,973 — тоже не помню, но вроде 2N2222

  19. TeRaVoLt-2013 написал(а) 24 апреля, 2013 в 4:46

    Здравствуйте,у меня вопрос назрел:как соединить вместе два драйвера для одного гдт(полумост)транс на питальнике один для двух?как именно соединять драйвера и в случае соединения куда цеплять гдт?какие полные аналоги микросхемы бывают?заранее спасибо!!!

  20. TeRaVoLt-2013 написал(а) 25 апреля, 2013 в 9:09

    пожалуйста,ответьте (((

    BSVi Reply:

    Я абсолютно не понял вопроса, поэтому и не могу ответить.

  21. TeRaVoLt-2013 написал(а) 25 апреля, 2013 в 15:35

    у меня один гдт для полумоста,интеруптер на не555 ВОПРОС:как согласовать(подсоеденить)два драйвера к одному интеруптеру и к гдт?Общий ли у них источник питания?Заранее спасибо)))ЗЫ просто у интеруптера выход один а на драйверы нужно два

    BSVi Reply:

    Драйвер транзисторов — это не то-же самое, что драйвер теслы. Поэтому вопрос «куда подключать интерруптер» не имеет смысла.

    Эти драйвер оптозиолированные, и предназначены для подключения к транзисторам без GDT, поэтому вопрос «куда подключать GDT» тоже не имеет смысла.

  22. TeRaVoLt-2013 написал(а) 25 апреля, 2013 в 22:24

    ясно(спасибо

  23. Kubrikov написал(а) 9 января, 2014 в 20:50

    Здравствуйте, Сергей!
    Подскажите пожалуйста, А почему Вы в этом драйвере используете биполярные транзисторы, а не мосфеты? Мосфеты же вроде получше, и современные драйверы в виде микросхем тоже на комплиментарных мосфетах делают.

    Чем биполярники принципиально лучше мосфетов в данной конструкции?

    Или просто делали из того, что было под рукой?

Создать новую ветку комментариев


Вы должны войти или зарегистрироваться чтобы оставить комментарий.