Современные пневматические автоматы, автомобили, станки используют в качестве управляющих органов соленоиды, катушки индуктивности и др. Для управления такими механизмами разработчику необходимо не только установить транзистор, но и обеспечить его работоспособность в случае аварийной ситуации. Как правило, предъявляется повышенное требование к плотности таких устройств, а часто это невозможно. Компании разработчики представили рынку интеллектуальные ключи с множеством защит. Среди таких компаний находится и International Rectifier. В статье будут рассмотрены последние серии интеллектуальных ключей, выпускаемых компанией серийно.

Семейства интеллектуальных ключей IPS60xx и IPS70xx представлены пятью устройствами, разработанными компанией по последней технологии — вертикальная Р3 платформа с допустимым напряжением 48 В и 75 В соответственно. Приборы представляют собой защищенные полевые транзисторы, включающие интегрированную схему защиты ключа. Представители семейства IPS70xx являются наиболее эффективными приборами и обеспечивает защиту устройства в случае перегрева корпуса и превышении допустимого уровня тока. Семейство IPS60xx, помимо встроенной защиты, также обеспечивает наименьшее значение сопротивления ключа в открытом состоянии для подобного класса приборов на современном рынке — 14 мОм. В семействах IPS60xx и IPS70xx входы силовой земли и цифровой земли с выходом диагностики имеют различные выводы. Внутренняя схема управления позволяет включать приборы семейства IPS60xx по схеме верхнего ключа без применения дополнительных элементов. Простота управления и монтажа данного семейства обеспечивает пользователю надежное управление исполнительными механизмами в условиях с тяжелыми эксплуатационными характеристиками. В табл. 1 представлены основные технические данные интеллектуальных ключей семейств IPS60xx и IPS70xx.

Схема включения интеллектуальных ключей семейств IPS60xx и IPS70xx представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема включения интеллектуальных ключей семейств IPS60xx и IPS70xx

На рис. 1 сопротивления Rin и Rdgs обеспечивают защиту для контроллера во время работы от батареи и появлении отрицательных импульсов на входе Vcc. Вход GND при включении не должен быть соединен вместе с входом DG. Вход DG подключается к цифровой земле таким образом, что ток нагрузки не протекает через цифровую землю. Если произвести совместное подключение цифровой и силовой земли, то протекающий ток через нагрузку вызовет различные падения напряжения на входах DG и GND, что может сместить порог напряжения срабатывания защиты.

Наличие вывода диагностики у IPS приборов позволяет производить микроконтроллером мониторинг их текущего состояния во время роботы. Защита позволяет регистрировать различные виды ошибок, такие как перегрузка по току, превышение допустимой температуры работы и обрыв на нагрузке. Значение ошибки поступает в микроконтроллер через вывод DG. При применении данного типа ключей пользователь может получать через микроконтроллер информацию об обрыве в нагрузке, даже когда ключ разомкнут, без предварительного его замыкания. Данная неисправность определяется путем сравнения падения напряжения на нагрузке внутренним компаратором. Поэтому минимальное значение напряжения на батарее для ключей семейства IPS70xx составляет 6 В, для ключей семейства IPS60xx — 3 В.

В случае обрыва цифровой земли интеллектуальный ключ автоматически фиксирует аварийный режим работы и отключает силовой ключ. Однако два паразитных полевых транзистора, образованных внутренней структурой между входом и стоком, могут изменить направления тока и подключить батарею через микроконтроллер. Сопротивления Rdgs и Rin ограничивают ток, защищая микроконтроллер и интеллектуальный ключ.

Один из способов контроля падения напряжения на полевом транзисторе Vds — управление им в линейном режиме. Внутренняя обратная связь IPS позволяет производить регулирование данного напряжения посредством регулирования напряжения на затворе независимо от тока в нагрузке. Пользователю следует учитывать, что в данном режиме полевой резистор управляется в линейном режиме и рассеиваемая мощность не зависит от установленного значения резистора Rin.

Режим ограничения тока реализован на кристалле интеллектуального ключа и не требует каких-либо других устройств, освобождая контроллер от задачи контроля предельных параметров работы. Одним из недостатков данного режима является то, что в линейном режиме работы на полевом ключе увеличивается мощность рассеивания.

Оценить ее значение можно по следующему соотношению:

Чтобы минимизировать потери на интеллектуальном ключе, рекомендуется увеличивать напряжение на батареи до граничного уровня работы ключа. Значение потерь на нагрузке пропорционально индуктивности нагрузки к квадрату тока. В документации на интеллектуальный ключ приведены графики зависимости индуктивности нагрузки от максимального тока. График может дать оценку максимально допустимой индуктивности нагрузки относительно тока нагрузки, основываясь на максимальной рассеиваемой мощности ключа. Следует учитывать, что значение паразитной индуктивности в нагрузке также приводит к ограничению максимально допустимого тока в нагрузке. Максимальный ток в нагрузке должен быть рассчитан при худших условиях работы ключа. Например, с индуктивностью в нагрузке 1мкГн кривая на графике рис. 3 показывает максимально допустимый ток 8 А.

Рисунок 3. График зависимости индуктивности нагрузки от тока

В случае, если напряжение батареи равно12 В, то сопротивление индуктивности, согласно графика, равно 12 В/8 А=1.5 мОм.

При изменении полярности защита схемы с применением ключей семейств IPS60xx и IPS70xx предполагает две операции — выключение ключа и отключение нагрузки от силовой земли. При возникновении режима переполю-совки ни одна из перечисленных выше защит не доступна. Ток будет протекать через паразитный диод полевого транзистора, в этом случае потери могут быть оценены традиционным путем при условии, что напряжение падения на диоде составляет 0.7 В. Значение потерь интеллектуального ключа определяется из соотношения (3):

где Vf — напряжение падения на паразитном диоде транзистора и составляет 0.7 В.

Чтобы уменьшить значение потерь при изменении полярности питающего напряжения схема защиты должна включать обратный транзистор. При этом потери на транзисторе вычисляются по следующему соотношению:

Для интеллектуального ключа с сопротивлением транзистора 25 мОм и током в нагрузке 2 А рассеиваемая мощность может быть снижена с 1.5 Вт (при работе диода транзистора) до 10 мВт (при использовании полевого транзистора). Таким образом температура кристалла будет уменьшена, а надежность устройства увеличится. Семейства интеллектуальных ключей IPS60xx и IPS70xx на сегодняшний день являются самым оптимальными на рынке как по цене, так и по своим характеристикам.

Заказать образцы или приобрести интеллектуальные ключи семейств IPS60xx и IPS70xx Вы можете, обратившись к официальному дистрибьютору на территории Украины — компании Rainbow Technologies (ООО «РТЕК»): 03035, г. Киев, ул. Урицкого, 32, оф. 1, тел./факс: (044) 520-04-77, 520-04-78, 520-04-79 www.rtcs.ru, www.rtcs.ru