Ovládače integrovaných obvodov v priemyselných a inteligentných zariadeniach

I. Prečo ovládačové integrované obvody určujú stabilitu systému

V reálnych projektoch sa problémy, ako poškodenie dosky, prehrievanie a skrátená životnosť, často nevyskytujú kvôli MCU alebo firmvéru, ale kvôli zlyhaniam v ovládačovej fáze.
Ovládačové integrované obvody sú umiestnené medzi riadiacou logikou (MCU) a výkonovými prvkami (MOSFET, IGBT, LED) – vrstva, ktorá je často podceňovaná, no ktorá je kritická pre spoľahlivosť systému.

II. Hlavné kategórie ovládačových integrovaných obvodov (z inžinierskeho hľadiska)

IC ovládače sa všeobecne klasifikujú nasledovne:

IC ovládače motorov pre ventilátory, čerpadlá a aktuátory

IC ovládače brán pre MOSFETy a IGBTy

IC ovládače LED pre osvetlenie a podsvietenie displejov

Ovládače polomostu / plného mostu pre priemyselné výkonové stupne

III. IC ovládače motorov v priemyselných a chytrých aplikáciách

IC ovládače motorov musia zabezpečiť:

Hladký štart a zastavenie

Presná regulácia prúdu

Ochrana proti preťaženiu a tepelnej previazke

Momentálne výrobné modely integrovaných obvodov pre riadenie motorov:

TI DRV8825, ovládač krokových motorov, široko používaný v 3D tlačiarňach a priemyselných aktuátoroch

TI DRV8871, ovládač jednosmerných motorov s integrovanou reguláciou prúdu a ochranou

ST L298N, klasický dvojitý H-mostík, dlhoročne používaný v priemyselnom a vzdelávacom vybavení

Tieto ovládače sa široko používajú v Nemecku, Taliansku a východnej Európe, kde sa pri priemyselnom vybavení uprednostňuje robustnosť pred extrémnou miniaturizáciou.

IV. Ovládače brán (Gate Driver IC): Zosilňovač výkonových stupňov

V invertoroch, výkonových moduloch a priemyselnom riadení motorov mikroriadiace jednotky (MCU) nemôžu priamo riadiť MOSFETy alebo IGBTy.

Funkcia ovládača brán (Gate Driver IC) je:

Dodáva vysoký špičkový prúd brány

Ovláda rýchlosť prepínania

Znižuje straty pri prepínaní a elektromagnetické rušenie (EMI)

Modely integrovaných obvodov pre ovládače brán

TI UCC27524, jednokanálový nízkopriemyselný ovládač MOSFET, vysoký výstupný prúd, bežne používaný v priemyselných napájacích zdrojoch

Infineon IR2110, ovládač vrchnej aj spodnej strany, široko používaný v invertoroch a UPS

ON Semiconductor FAN7392, polomôstkový ovládač IGBT/MOSFET, bežne používaný v priemyselných a výkonových systémoch

Tieto súčiastky sa intenzívne nakupujú v Indii a Vietname, kde sa výroba výkonovej elektroniky stále rozširuje.

V. Integrované obvody pre ovládače LED v osvetľovacích a displejových systémoch

Integrované obvody pre ovládače LED sa zameriavajú na:

Regulácia prúdu konštantnou hodnotou

Tepelná ochrana

Ovládanie stmievača

LED riadiaci IC:

TI TPS92512, automobilový a priemyselný LED riadiaci IC, podporuje široké vstupné napätie

ON Semiconductor NCL30060, striedavý/zhodnotený (AC-DC) LED riadiaci IC, bežne používaný v napájacích zdrojoch pre osvetlenie

ST HVLED001A, vysokonapäťový LED riadiaci IC s konštantným prúdom, bežne používaný v priemyselnom osvetlení

VI. Prípadová štúdia: Optimalizácia riadenia priemyselného ventilátora

Pôvodný návrh systému ventilátora pre priemyselné zariadenie: MCU + diskrétne MOSFETy, bez obmedzenia prúdu, vysoká miera porúch.

Po rekonštrukcii pomocou: motorového riadiaceho obvodu DRV8871 s integrovanou reguláciou prúdu a ochranou proti prehriatiu.

Výsledky: Výrazne sa zvýšila životnosť ventilátora, znížila sa miera porúch na úrovni dosky plošných spojov a zákazník úspešne absolvoval skúšku CE.

VII. Realita zdrojov pre riadiace integrované obvody (Driver IC)

Súčasné charakteristiky trhu s riadiacimi integrovanými obvodmi (Driver IC): klasické modely majú dlhé životné cykly; priemyselní zákazníci málo akceptujú alternatívne riešenia; objednávky založené na projektovom prístupe kladú väčší dôraz na hĺbku skladových zásob a stabilné dodacie lehoty.

VIII. Záver: Nevhodný výber riadiacich integrovaných obvodov (Driver IC) vedie k zlyhaniu celého systému

Riadiace integrované obvody (Driver IC) predstavujú najrizikovejšie, no zároveň najľahšie prehliadané integrované obvody v systéme.

Správny výber priamo určuje spoľahlivosť systému, jeho životnosť a úspešnosť získania certifikácií.