Ovládací integrované obvody v průmyslových a inteligentních zařízeních

I. Proč řadičové integrované obvody určují stabilitu systému

V reálných projektech jsou problémy, jako je poškození desky, přehřívání a zkrácení životnosti, často způsobeny ne mikrořadiči (MCU) ani firmwary, nýbrž poruchami ve stupni řízení.
Řadičové integrované obvody se nacházejí mezi řídicí logikou (MCU) a výkonovými součástkami (MOSFETy, IGBTy, LED), což je vrstva často podceňovaná, avšak klíčová pro spolehlivost systému.

II. Hlavní kategorie řadičových integrovaných obvodů (z inženýrského hlediska)

Řídicí IC se obecně dělí do následujících kategorií:

Řídicí IC pro motory ventilátorů, čerpadel a akčních členů

Řídicí IC pro spínací hradla MOSFETů a IGBTů

Řídicí IC pro LED pro osvětlení a podsvícení displejů

Polomůstkové / plnomůstkové řídicí IC pro průmyslové výkonové stupně

III. Řídicí IC pro motory v průmyslových a chytrých aplikacích

Integrované obvody řadičů motoru musí zajišťovat:

Hladký start a zastavení

Přesnou regulaci proudu

Ochrana proti přetížení a tepelná ochrana

Modely integrovaných obvodů řadičů motoru aktuálně v sériové výrobě:

TI DRV8825, řadič krokových motorů, široce používaný v 3D tiskárnách a průmyslových akčních členech

TI DRV8871, řadič stejnosměrných motorů, s vestavěnou regulací proudu a ochranou

ST L298N, klasický dvoukanálový H-mostový řadič, dlouhodobě používaný v průmyslovém a vzdělávacím zařízení

Tyto řadiče jsou široce používány v Německu, Itálii a východní Evropě, kde průmyslové zařízení klade důraz na odolnost spíše než na extrémní miniaturizaci.

IV. Řadiče hradel: Zesilovač výkonových stupňů

V invertorech, výkonových modulech a průmyslovém řízení motorů nemohou GPIO vývody mikrořídicích jednotek (MCU) přímo řídit tranzistory MOSFET nebo IGBT.

Funkce řadiče brány (Gate Driver IC) je:

Dodávka vysoké špičkové bránové proudové intenzity

Řízení rychlosti přepínání

Snížení ztrát při přepínání a elektromagnetického rušení (EMI)

Modely řadičů brány (Gate Driver IC)

TI UCC27524, jednokanálový řadič nízkostranného MOSFETu s vysokou výstupní proudovou schopností, běžně používaný v průmyslových napájecích zdrojích

Infineon IR2110, řadič vysokostranného i nízkostranného výstupu, široce používaný v invertorech a UPS

ON Semiconductor FAN7392, řadič polomůstkového IGBT/MOSFET obvodu, běžně používaný v průmyslových a napájecích systémech

Tyto součástky jsou intenzivně zakoupeny v Indii a Vietnamu, kde se průmysl výroby výkonové elektroniky stále rozšiřuje.

V. Řadiče LED (LED Driver IC) v osvětlovacích a zobrazovacích systémech

Řídicí obvody LED se zaměřují na:

Regulaci konstantního proudu

Tepelná ochrana

Řízení stmívání

Řídicí obvod LED:

TI TPS92512, řídicí obvod LED pro automobilové a průmyslové aplikace, podporuje široké vstupní napětí

ON Semiconductor NCL30060, střídavý/stejnosměrný řídicí obvod LED, běžně používaný v napájecích zdrojích pro osvětlení

ST HVLED001A, vysokonapěťový řídicí obvod LED s regulací konstantního proudu, běžně používaný v průmyslovém osvětlení

VI. Případová studie: Optimalizace řízení průmyslového ventilátoru

Původní návrh systému ventilátoru pro průmyslové zařízení: řídicí jednotka MCU + diskrétní tranzistory MOSFET, bez omezení proudu, vysoká poruchovost.

Po přepracování pomocí řídicího obvodu motoru DRV8871 s integrovanou regulací proudu a ochranou proti přehřátí.

Výsledky: Výrazně se zlepšila životnost ventilátoru, snížila se míra poruch na úrovni desky a zákazník úspěšně absolvoval certifikaci CE.

VII. Skutečnosti týkající se dodávek řídicích integrovaných obvodů (Driver IC)

Současné charakteristiky trhu s řídicími integrovanými obvody (Driver IC): klasické modely mají dlouhé životní cykly; průmysloví zákazníci málo přijímají alternativní řešení; zakázky založené na projektech kladejí větší důraz na hloubku skladových zásob a stabilitu dodacích lhůt.

VIII. Závěr: Nevhodný výběr řídicích integrovaných obvodů (Driver IC) vede ke selhání celého systému.

Řídicí integrované obvody (Driver IC) jsou integrované obvody s nejvyšším rizikem, které jsou však v systému nejvíce opomíjeny.

Správný výběr přímo určuje spolehlivost systému, jeho životnost a úspěšnost získání certifikace.