CC BY
116Окончание. Начало в № 2'2006
Александр КРАТЬКО
Мощные высоковольтные микросхемы серии LM5xxx
фирмы National Semiconductor
LM5068
Контроллер «горячего» подключения (hot-swap controller) LM5068 обеспечивает интеллектуальный контроль подключения нагрузок к источнику и отключения от него без снятия питания. LM5068 обладает функциями контроля пиковых токов при подключении (in-rush current) и защиты от коротких замыканий, а также обеспечивает подавление импульсных помех от источника питания, вызванных подключением и отключением нагрузок. Контроллер LM5068 при помощи внешнего N-канального MOSFET-транзистора управляет током нагрузки и разрывом цепи. В качестве измерительного датчика используется внешний шунт. Выход «power good» ИМС LM5068 (PWRGD) сигнализирует об успешном включении питания. При возникновении просадки питания либо перенапряжения сигнал PWRGD будет снят. Выход PWRGD имеет конфигурацию «открытый коллектор» и активный высокий уровень у контроллеров LM5068 в исполнении LM5068-1 и -2 и активный низкий уровень в исполнении LM5068-3 и -4. Контроллеры исполнений LM5068-1 и -3 имеют триггерную защиту, а исполнения LM5068-2 и -4 оснащены схемой автоматического перезапуска по программируемому таймеру. ИМС выпускается в корпусе MSOP-8, типовая схема ее включения приведена на рис. 1. Основные характеристики:
• Предназначен для построения модулей, допускающих замену без отключения питания.
• Содержит схему ограничения импульсного пускового тока.
• Быстрая реакция на токовые перегрузки, активное ограничение тока нагрузки.
• Диапазон рабочих напряжений от -10 до -90 В.
• Программируемый компаратор просадки и превышения входного напряжения с регулируемым гистерезисом.
• Программируемый многофункциональный таймер позволяет организовать задержки на дребезг при включении.
• Аварийный таймер предотвращает ложные срабатывания по причине пиковых токов нагрузки.
• Активное шунтирование затвора во время начальной подачи питания.
• Выпускается в версиях с триггерной защитой и автоматическим перезапуском.
• Выпускается в версиях с активным высоким либо активным низким флагом установления питания «power good».
Области применения:
• Модули питания — 48 В.
• Офисные АТС.
• Системы с распределенным питанием.
• Электронные предохранители.
• Управление источниками питания напряжения отрицательной полярности.
Драйверы полевых МОП-транзисторов
Драйверы (затворов) полевых транзисторов — вспомогательные устройства, служащие «промежуточным звеном» между маломощными управляющими контроллерами и силовыми ключами (MOSFET-транзисторами или IGBT-транзисторами). Основные задачи, выполняемые драйверами, — снижение динамических потерь при переключении силовых ключей за счет ускорения процес-
сов закрытия и открытия, снятие импульсных перегрузок, связанных с емкостным характером нагрузки, с выходов управляющих контроллеров и преобразование уровней сигнала для управления «верхними»* ключами. В качестве дополнительных функций драйверы могут содержать формирователи «мертвого» времени, защиту силовых ключей от перегрузок и от критического снижения управляющего напряжения на затворе из-за просадки питания, схемы, информирующие управляющий контроллер о нештатных ситуациях, и т. д. Некоторые типы драйверов могут также обладать гальванической развязкой между цепями контроллера и выходами управления силовыми ключами.
1.М5100,1-М5101,1.М5100А, 1.М5101А
Высоковольтные драйверы затворов 1М5100, ЬМ5101, ЬМ5100Л, ЬМ5101Л предназначены для управления двумя (верхним и нижним) Ы-канальными полевыми МОП-транзисто-рами (МОЗБЕТ) в преобразователях топологий «понижающий с синхронным выпрямлением» или «полумост». «Плавающий» драйвер верхнего ключа позволяет работать с источниками питания, имеющими напряжение до 100 В. Каждый из выходов незави-
* «Верхними» называются ключи, подключенные к положительной шине питания, «нижними» — подключенные к «земляной» шине. Далее в обзоре эти термины используются без кавычек.
симо управляется по входам с порогами ТТЬ (ЬМ5101, ЬМ5101Л), либо КМОП (ЬМ5100, ЬМ5100Л). Через встроенный высоковольтный диод осуществляется заряд конденсатора подпитки драйвера затвора верхнего ключа. Схема преобразователя уровня обеспечивает высокое быстродействие при низком энергопотреблении, гарантируя четкую передачу управляющих сигналов со стороны контроллера на затвор верхнего ключа. Защита от просадки питающего напряжения присутствует как на стороне питания логики, так и на стороне силового питания. ИМС выпускаются в стандартном корпусе 8О1С-8 и низкопрофильном корпусе ЬЬР-10. Блок-схема микросхем ЬМ5100, ЬМ5101, ЬМ5100Л, ЬМ5101Л приведена на рис. 2.
Основные характеристики:
• Управляет как нижним, так и верхним МОЗЬЕТ-ключом.
• Независимые входы управления верхним и нижним ключом (с ТТЬ-порогом у ЬМ5101 и ЬМ5101Л и КМОП-порогом у ЬМ5100 и ЬМ5100А).
• Напряжение источника подпитки до 118 В.
• Малые времена задержек (типовое значение 25 нс).
• Время нарастания и спада импульса 15 нс на нагрузке в 1000 пФ.
• Высокая согласованность времен задержки в каналах (типовое значение несогласованности времен — 3 нс).
• Защита от просадки напряжения питания.
• Низкое энергопотребление.
• Повыводная совместимость с Н1Р2100, Н1Р2101.
• ИМС ЬМ5100Л и ЬМ5101Л совместимы с ЬМ5100 и ЬМ5101 соответственно, но имеют повышенный (до 3 А) выходной ток драйверов.
Области применения:
• Двухтактные преобразователи с токовым управлением.
• Мостовые и полумостовые преобразователи.
• Понижающие преобразователи с синхронным выпрямлением.
• Прямоходовые преобразователи с двумя силовыми ключами.
• Прямоходовые преобразователи с активным демпфированием.
1.М5102
Высоковольтный драйвер затворов ЬМ5102 предназначен для управления двумя (верхним и нижним) транзисторами МО8БЕТ в преобразователях с топологией «понижающий с синхронным выпрямлением» или «полумост». «Плавающий» драйвер верхнего ключа позволяет работать с источниками питания напряжением до 100 В. Каждый выход управляется независимо, кроме этого, фронт импульса по каждому из каналов может быть задержан на программируемое время. Через встроенный высоковольтный диод осуществляется заряд конденсатора подпитки драйвера затвора верхнего ключа. Схема преобразователя уровня обеспечивает высокое быстродействие при низком энергопотреблении, гарантируя четкую передачу управляющих сигналов со стороны контроллера на затвор верхнего ключа. Защита от просадки питающего напряжения присутствует как на стороне питания логики, так и на стороне силового питания. ИМС выпускается в стандартном корпусе ЗО1С-8 и низкопрофильном корпусе ЬЬР-10. Блок-схема микросхемы ЬМ5102 приведена на рис. 3. Основные характеристики:
• Управляет как нижним, так и верхним МО8ЬЕТ-ключом.
• Независимое программирование задержки фронта сигнала в каналах верхнего и нижнего ключей.
• Напряжение источника подпитки до 118В.
• Малые времена задержек (типовое значение 25 нс).
• Время нарастания и спада импульса 15 нс на нагрузке в 1000 пФ.
• Защита от просадки напряжения питания.
• Низкое энергопотребление.
• Возможность отключения таймеров задержки фронта сигнала.
Области применения:
• Двухтактные преобразователи с токовым управлением.
• Преобразователи топологий «мост» и «полумост».
• Понижающие преобразователи с синхронным выпрямлением.
• Прямоходовые преобразователи с двумя силовыми ключами.
• Прямоходовые преобразователи с активным демпфированием.
1.М5104
Высоковольтный драйвер затворов ЬМ5104 предназначен для управления двумя (верхним и нижним) транзисторами МО8ЬЕТ в понижающих преобразователях с синхронным выпрямлением. «Плавающий» драйвер верхнего ключа позволяет работать с источниками питания напряжением до 100 В. Оба выхода управляются по одному входу, а переключение силовых ключей контролируется адаптивным способом для предотвращения сквозных токов. Кроме этого, фронт импульса может быть дополнительно задержан на программируемое время, задаваемое внешним резистором. Через встроенный высоковольтный
диод осуществляется заряд конденсатора подпитки драйвера затвора верхнего ключа. Схема преобразователя уровня обеспечивает высокое быстродействие при низком энергопотреблении, гарантируя четкую передачу управляющих сигналов со стороны контроллера на затвор верхнего ключа. Защита от просадки питающего напряжения присутствует как на стороне питания логики, так и на стороне силового питания. ИМС выпускается в стандартном корпусе 8О1С-8 и низкопрофильном корпусе ЬЬР-10. Блок-схема микросхемы ЬМ5104 приведена на рис. 4. Основные характеристики:
• Управляет как нижним, так и верхним МОвРЕТ-ключом.
• Адаптивное формирование фронта и спада с программируемой дополнительной задержкой.
• Управление по одному входу.
• Напряжение источника подпитки до 118 В.
• Малые времена задержек (типовое значение 25 нс).
• Время нарастания и спада импульса 15 нс на нагрузке в 1000 пФ.
• Защита от просадки напряжения питания. Области применения:
• Двухтактные преобразователи с токовым управлением.
• Высоковольтные понижающие преобразователи.
• Понижающие преобразователи с синхронным выпрямлением.
• Мостовые и полумостовые преобразователи.
• Прямоходовые преобразователи с активным демпфированием.
1.М5105
Высоковольтный драйвер затворов ЬМ5105 предназначен для управления двумя (верхним и нижним) транзисторами МО8БЕТ в понижающих преобразователях с синхронным выпрямлением. «Плавающий» драйвер верхнего ключа позволяет работать с источниками питания напряжением до 100 В. Оба выхода управляются по одному входу с ТТЬ-по-рогом, а «мертвое» время задается внешним резистором. Сигналы переключения подаются на затворы ключей через внутренние цепи задержки, имеющие высокую идентичность для обоих каналов. Через встроенный высоковольтный диод осуществляется заряд конденсатора подпитки драйвера затвора верхнего ключа. Схема преобразователя уровня обеспечивает высокое быстродействие при низком энергопотреблении, гарантируя четкую передачу управляющих сигналов со стороны контроллера на затвор верхнего ключа. Защита от просадки питающего напряжения присутствует как на стороне питания логики, так и на стороне силового питания. ИМС выпускается в стандартном корпусе ЭО1С-8 и низкопрофильном корпусе ЬЬР-10 с улучшенными тепловыми характеристиками. Блок-схема микросхемы ЬМ5105 приведена на рис. 5.
Основные характеристики:
• Управляет как нижним, так и верхним МОвРЕТ-ключом.
• Пиковый выходной ток драйвера — 1,8 А.
• Напряжение источника подпитки до 118 В.
• Встроенный диод подпитки.
• Управление по одному входу с Т^-порогом.
• Вход разрешения.
• Малые времена задержек (типовое значение 26 нс).
• Время нарастания и спада импульса 15 нс на нагрузке в 1000 пФ.
• Защита от просадки напряжения питания.
• Низкое энергопотребление.
Области применения:
• Преобразователи топологий «мост» и «полумост».
• Управление электродвигателями.
Рис. 5. Блок-схема ИМС LM5105
-М5107
НУ
Рис. 6. Блок-схема ИМС LM5107
Высоковольтный драйвер затворов ЬМ5107 предназначен для управления двумя (верхним и нижним) транзисторами МОЗБЕТ в понижающих преобразователях с синхронным выпрямлением. «Плавающий» драйвер верхнего ключа позволяет работать с источниками питания напряжением до 100 В и пиковым выходным током 1,4 А. Каждый из выходов управляется независимо по входам с ТТЬ-порогом. Через встроенный высоковольтный диод осуществляется заряд конденсатора подпитки драйвера затвора верхнего ключа. Схема преобразователя уровня обеспечивает высокое быстродействие при низком энергопотреблении, гарантируя четкую передачу управляющих сигналов со стороны контроллера на затвор верхнего ключа. Защита от просадки питающего напряжения присутствует как на стороне питания логики, так и на стороне силового питания. ИМС выпускается в стандартном корпусе 8О1С-8 и низкопрофильном корпусе ЬЬР-8 с улучшенными тепловыми характеристиками. Блок-схема микросхемы ЬМ5107 приведена на рис. 6.
Основные характеристики:
• Управляет как нижним, так и верхним МОЗБЕТ-ключом.
• Пиковый выходной ток драйвера: 1,4 А — втекающий, 1,3 А — вытекающий.
• Независимые входы управления верхним и нижним ключом с ТТЬ-порогом.
• Напряжение источника подпитки до 118 В.
• Встроенный диод подпитки.
• Управление по одному входу с ТТЬ-поро-гом.
• Малые времена задержек (типовое значение 27 нс).
• Время нарастания и спада импульса 15 нс на нагрузке в 1000 пФ.
• Высокая согласованность времен задержки в каналах (типовое значение несогласованности времен — 2 нс).
• Защита от просадки напряжения питания.
• Низкое энергопотребление.
• Повыводная совместимость с КЬ6700. Области применения:
• Двухтактные преобразователи с токовым управлением.
• Преобразователи топологий «мост» и «полумост».
• Понижающие преобразователи с синхронным выпрямлением.
• Прямоходовые преобразователи с двумя силовыми ключами.
• Управление электродвигателями.
-М5110
Сдвоенный драйвер затворов ЬМ5110 имеет более высокий выходной ток и эффективность, чем стандартные изделия данного класса. Композитная выходная часть драйвера является комбинацией из биполярных и полевых
транзисторов, включенных параллельно, благодаря чему обеспечивается выходной ток до 5 Л на емкостной нагрузке. Объединение полевых МОП и биполярных транзисторов позволяет использовать положительные стороны тех и других, в результате значительно снижается зависимость выходного тока от напряжения питания и температуры. Раздельные «земляные» выводы для входной и выходной части драйвера позволяют организовать подачу на затвор транзистора отрицательного напряжения затвор-исток. Входы драйверов имеют пороговые уровни срабатывания относительно опорного входа
1Ы_ИЕР, служащего землей для входной части ИС. Размах выходного напряжения — от напряжения положительного источника питания Усс до выходной земли Уее, при этом напряжение Уее может быть отрицательным по отношению к Ш_ИЕР. Возможность подачи на затвор ключевого МОЗБЕТ-транзистора отрицательных напряжений затвор-исток позволяет существенно снизить потери при использовании полевых транзисторов с низким пороговым напряжением (которые часто используются в синхронных выпрямителях). Также драйвер допускает и традиционное однополярное
включение, в этом случае выводы Ш_ИЕР и Уее соединяются и подключаются к общей земле. ИС также содержит компаратор просадки напряжения питания и вход отключения. Для увеличения выходного тока допускается параллельное объединение входов и выходов. ИМС выпускается в стандартном корпусе ЗО1С-8 и низкопрофильном корпусе ЬЬР-10 с улучшенными тепловыми характеристиками. Блок-схема микросхемы ЬМ5110 приведена на рис. 7.
Основные характеристики:
• Независимое управление двумя МОЗБЕТ-ключами.
• Композитные выходы (КМОП + биполярный) имеют низкий разброс выходных токов.
• Пиковый выходной ток драйвера: 5 А — втекающий, 3 А — вытекающий.
• Допускается параллельное включение каналов для увеличения выходного тока.
• Независимые входы управления с ТТЬ-по-рогом.
• Малые времена задержек (типовое значение 25 нс).
• Малые времена нарастания и спада импульса (14 нс — нарастание, 12 нс — спад на нагрузке в 2000 пФ).
• Наличие опорного входа 1Ы_ИЕР позволяет использовать как общий, так и раздельные источники питания для входной и выходной части драйвера.
• Размах выходного напряжения от Усс до Уее (последнее может быть отрицательным по отношению к земле входной части драйвера).
• Выпускается в трех вариантах — два инвертирующих канала, два неинвертирующих канала и комбинированный.
• Режим пониженного энергопотребления.
• Защита от просадки напряжения питания.
• Цоколевка совместима со стандартными драйверами затворов.
Области применения:
• Управление синхронными выпрямителями.
• Импульсные источники вторичного электропитания.
• Прямоходовые преобразователи с двумя силовыми ключами.
• Управление электродвигателями.
-М5111
Сдвоенный драйвер затворов ЬМ5111 имеет более высокий выходной ток и эффективность, чем стандартные изделия данного класса. Композитная выходная часть драйвера является комбинацией из биполярных и полевых транзисторов, включенных параллельно, благодаря чему обеспечивается выходной ток до 5 Л на емкостной нагрузке. Объединение полевых МОП и биполярных транзисторов позволяет использовать положительные стороны тех и других, в результате значительно снижается зависимость выходного тока от напряжения питания и температуры. ИС также
содержит компаратор просадки напряжения питания. Для увеличения выходного тока допускается параллельное объединение входов и выходов. ИМС выпускается в стандартном корпусе 8О1С-8 и низкопрофильном корпусе М8ОР-8ЕР с улучшенными тепловыми характеристиками. Блок-схема микросхемы ЬМ5111 приведена на рис. 8.
Основные характеристики:
• Независимое управление двумя МОЗБЕТ-ключами.
• Композитные выходы (КМОП + биполярный) имеют низкий разброс выходных токов.
• Пиковый выходной ток драйвера: 5 А — втекающий, 3 А — вытекающий.
• Допускается параллельное включение каналов для увеличения выходного тока.
• Независимые входы управления с ТТЬ-по-рогом.
• Малые времена задержек (типовое значение 25 нс).
• Малые времена нарастания и спада импульса (14 нс — нарастание, 12 нс — спад на нагрузке в 2000 пФ).
• Выпускается в трех вариантах — два инвертирующих канала, два неинвертирующих канала и комбинированный.
• Защита от просадки напряжения питания.
• Цоколевка совместима со стандартными драйверами затворов.
Области применения:
• Управление синхронными выпрямителями.
• Импульсные источники вторичного электропитания.
• Прямоходовые преобразователи с двумя силовыми ключами.
• Управление электродвигателями и электромагнитами.
1.М5112
Драйвер затворов ЬМ5112 имеет более высокий выходной ток и эффективность, чем стандартные изделия данного класса, а также предельно малые размеры (выпускается в корпусе ЬЬР-6, требующем посадочное место, эквивалентное по размеру корпусу 8ОТ-23, и в корпусе М8ОР-8ЕР, обладающем улучшенными тепловыми характеристиками, что необходимо при работе на высоких частотах). Композитная выходная часть драйвера состоит из комбинации биполярных и полевых транзисторов, включенных параллельно, благодаря чему обеспечивается выходной ток до 7 Л на емкостной нагрузке. Объединение полевых МОП и биполярных транзисторов позволяет использовать положительные стороны тех и других, в результате значительно снижается зависимость выходного тока от напряжения питания и температуры. ИС содержит компаратор просадки напряжения питания, который обеспечивает защиту силового ключа от выхода из строя при падении управляющего напряжения затвора. ИМС ЬМ5112 имеет как инвертирующий, так и неинвертирующий входы, что позволяет подключать ее к любым управляющим устройствам. Блок-схема микросхемы ЬМ5112 приведена на рис. 9.
Основные характеристики:
• Композитные выходы (КМОП + биполярный) имеют низкий разброс выходных токов.
• Пиковый выходной ток драйвера: 7 А втекающий, 3 А — вытекающий.
• Малое время задержки (типовое значение 25 нс).
• Малые времена нарастания и спада импульса (14 нс — нарастание, 12 нс спад на нагрузке в 2000 пФ).
• Наличие как инвертирующего, так и неинвертирующего входа.
• Защита от просадки напряжения питания.
• Наличие опорного входа 1Ы_ИЕР позволяет использовать как общий, так и раздель-
ные источники питания для входной и выходной части драйвера.
Размах выходного напряжения от Усс до Уее (последнее может быть отрицательным по отношению к земле входной части драйвера). Компактный корпус LLP-6 (3x3 мм) и корпус МвОР-8ЕР с улучшенными тепловыми характеристиками. ■
