Интегральные схемы драйверов в промышленном и интеллектуальном оборудовании

I. Почему интегральные схемы драйверов определяют стабильность системы

В реальных проектах такие проблемы, как повреждение платы, перегрев и сокращение срока службы, зачастую вызваны не микроконтроллерами (МК) или прошивкой, а отказами на стадии драйверов.
Интегральные схемы драйверов расположены между логикой управления (МК) и силовыми компонентами (MOSFET, IGBT, светодиоды) — это слой, который часто недооценивают, однако он критически важен для надёжности системы.

II. Основные категории интегральных схем драйверов (инженерная точка зрения)

ИС-драйверы, как правило, классифицируются следующим образом:

ИС-драйверы двигателей для вентиляторов, насосов и исполнительных устройств

ИС-драйверы затворов для MOSFET и IGBT

ИС-драйверы светодиодов для освещения и подсветки дисплеев

Драйверы полумоста / полного моста для промышленных силовых каскадов

III. ИС-драйверы двигателей в промышленных и интеллектуальных приложениях

ИС-драйверы двигателей должны обеспечивать:

Плавный запуск и остановка

Точное управление током

Защита от перегрузки по току и термозащита

Модели ИС драйверов двигателей, находящиеся в настоящее время в серийном производстве:

TI DRV8825 — драйвер шаговых двигателей, широко используемый в 3D-принтерах и промышленных исполнительных устройствах

TI DRV8871 — драйвер постоянного тока с встроенной регуляцией тока и защитой

ST L298N — классический двухканальный H-мостовой драйвер, давно применяемый в промышленном и учебном оборудовании

Эти драйверы широко применяются в Германии, Италии и Восточной Европе, где в промышленном оборудовании приоритет отдается надёжности, а не экстремальной миниатюризации.

IV. ИС драйверов затворов: усилитель силовых каскадов

В инверторах, силовых модулях и системах промышленного управления двигателями выводы GPIO микроконтроллера не могут напрямую управлять МОП-транзисторами (MOSFET) или биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT).

Функция ИС драйвера затвора заключается в следующем:

Обеспечение высокого пикового тока затвора

Управление скоростью переключения

Снижение потерь при переключении и электромагнитных помех (EMI)

Модели ИС драйверов затвора

TI UCC27524 — одноканальный драйвер MOSFET с низким расположением выхода, высокий выходной ток, широко используется в промышленных источниках питания

Infineon IR2110 — драйвер верхнего и нижнего плеч, широко применяется в инверторах и ИБП

ON Semiconductor FAN7392 — драйвер полумостовых IGBT/мощных МОП-транзисторов, часто используется в промышленных системах и системах питания

Эти компоненты активно закупаются в Индии и Вьетнаме, где продолжается расширение производства силовой электроники.

V. ИС драйверов светодиодов в системах освещения и дисплеев

ИС драйверов светодиодов ориентированы на следующие задачи:

Регулирование тока постоянного значения

Тепловая защита

Управление регулированием яркости

ИС драйвера светодиодов:

TI TPS92512, автомобильный и промышленный светодиодный драйвер, поддерживает широкий диапазон входного напряжения

ON Semiconductor NCL30060, AC-DC светодиодный драйвер, широко используемый в источниках питания для освещения

ST HVLED001A, высоковольтный светодиодный драйвер постоянного тока, широко используемый в промышленном освещении

VI. Кейс-стади: оптимизация управления промышленным вентилятором

Исходная конструкция системы вентилятора для промышленного оборудования: микроконтроллер + дискретные МОП-транзисторы, без ограничения тока, высокий уровень отказов.

После модернизации с использованием: драйвера двигателей DRV8871, интегрированного регулирования тока и защиты от перегрева.

Результаты: срок службы вентилятора значительно увеличился, уровень отказов на уровне печатной платы снизился, заказчик успешно прошёл сертификацию CE.

VII. Реальность закупок драйверных ИС

Текущие особенности рынка драйверных ИС: классические модели имеют длительные жизненные циклы; промышленные заказчики плохо воспринимают альтернативные решения; заказы по проектам предъявляют повышенные требования к глубине складских запасов и стабильности сроков поставки.

VIII. Вывод: неправильный выбор драйверных ИС ведёт к отказу системы

Драйверные ИС — это ИС с наибольшим риском отказа, однако при этом наиболее легко упускаемые из виду в системе.

Правильный выбор напрямую определяет надёжность системы, её срок службы и вероятность успешного прохождения сертификации.