Проблема ключей верхнего уровня. Бустрепное управление транзисторными ключами

Введение

Актуальность темы исследования обусловлена тем, что производители интегральных микросхем заметили потребность рынка и создали специализированные интегральные решения – интеллектуальные ключи, которые не только выполняют коммутацию нагрузки, но и реализуют множество других полезных функций, обеспечивая при этом простоту использования.
Интеллектуальный ключ – это интегральный компонент, который позволяет осуществлять коммутацию питания нагрузки с помощью низковольтного цифрового выхода (например, порта ввода/ вывода микроконтроллера). Интеллектуальные ключи объединяют в одном корпусе МОП-транзистор, драйвер, а также другие функциональные блоки. При этом их габариты оказываются весьма компактными.
Интеллектуальные ключи имеют множество дополнительных возможностей, которые с одной стороны повышают их функциональность, а с другой стороны не требуют каких-либо усилий от пользователя и мало влияют на габариты. В частности интеллектуальные ключи контролируют скорость нарастания и спада выходного сигнала, обеспечивают защиту от различных негативных факторов (перенапряжений, перегрузок по току, перегрева и т.д.), выполняют мониторинг аварийных ситуаций.
Цель работы – рассмотреть проблему ключей верхнего уровня. Бутстрепное управление транзисторными ключами.
Задачи:
1.Интеллектуальные ключи верхнего уровня.
2.Использование драйвера ключей верхнего уровня.
3.Бутстрепный метод управления силовыми ключами.
Структура работы обусловлена целями и задачами исследования. Реферат состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

1. Интеллектуальные ключи верхнего уровня

В настоящее время в качестве силовых ключей средней и большой мощности применяются в основном МОП и IGBT транзисторы – приборы с потенциальным управлением.
Ключ верхнего уровня работает с накачкой заряда в диапазоне рабочих напряжений до 42 В и состоит из мощного ДMOП-транзистора и схемы управления, выполняющей различные встроенные защитные функции. Ключ верхнего уровня имеет совместимый с КMOП вход, диагностическую обратную связь и контролируемый по току вывод — пропорциональный датчик тока, монолитно интегрированный в конструкцию силового ДМОП-транзистора для контроля тока нагрузки [7].
Существует несколько важных преимуществ ключей верхнего уровня:
1. Драйвер, интегрированный в микросхему интеллектуального ключа, управляет зарядом и разрядом затвора МОП-транзистора, обеспечивая тем самым контроль скорости нарастания/ спада при включении/ выключении ключа. Это оптимизирует работу МОП-транзистора, позволяет избежать перерегулирования и звона, а также уменьшить уровень генерируемых электромагнитных помех.
2. Кроме того, контроль скорости включения МОП-транзистора предотвращает просадку напряжения питания при коммутации значительной емкостной нагрузки. Просадка напряжения может стать серьезной проблемой, если другие устройства, подключенные к данной шине питания, должны оставаться в рабочем состоянии при выполнении коммутации.
3. Интеллектуальные ключи могут предлагать широкий выбор защитных функций, в том числе защиту от перегрева, защиту от перенапряжения, защиту от перегрузки по току, защиту от обратной полярности и т.д. Эти функции способствуют повышению общего уровня безопасности.
4. Некоторые интеллектуальные ключи имеют функцию подтяжки выхода (разряда выхода). Она реализуется с помощью встроенного резистора, подключаемого между выходом и землей. Данная функция активируется при выключении устройства. При этом заряд, накопленный на выходе, плавно уменьшается, тем самым удается избежать ложных включений нагрузки [2, c 57].
Используя несколько интеллектуальных ключей, можно независимо коммутировать питание отдельных частей схемы с помощью цифровых выходов (например, портов ввода/ вывода микроконтроллера). При этом коммутация потребителей будет производиться в соответствии с требуемой последовательностью и с заданными задержками. Таким образом, интеллектуальные ключи способны выступать в качестве силовых вентилей в масштабируемой и эффективной системе управления питаниям.
Интеллектуальные ключи этого типа позволяют разработчику устанавливать нужный ток ограничения при перегрузке, выбирая номинал резистора Rfb (fb = feedback — обратная связь), как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Типовая схема включения интеллектуальных ключей верхнего уровня с программируемой отсечкой тока
При этом не требуются низкоомные прецизионные резисторы для датчика тока в выходной цепи. Ключи этого типа выпускаются в корпусах TO-220-5 и D2Pak-5. При срабатывании защиты (при перегреве или перегрузке по току) выходной транзистор выключается независимо от