Драйверні інтегральні схеми в промисловому та інтелектуальному обладнанні

I. Чому інтегральні схеми драйверів визначають стабільність системи

У реальних проектах такі проблеми, як пошкодження плати, перегрівання та скорочення терміну експлуатації, часто виникають не через МК або прошивку, а через збої на етапі драйверів.
Інтегральні схеми драйверів розташовані між логікою керування (МК) та потужними компонентами (MOSFET, IGBT, LED) — шар, який часто недооцінюють, але який є критичним для надійності системи.

II. Основні категорії інтегральних схем драйверів (інженерна перспектива)

Інтегральні схеми драйверів загалом класифікуються на:

Інтегральні схеми драйверів двигунів для вентиляторів, насосів, виконавчих пристроїв

Інтегральні схеми драйверів затворів для MOSFET-ів та IGBT-ів

Інтегральні схеми драйверів LED для освітлення та підсвітки дисплеїв

Драйвери півмоста / повного моста для промислових силових каскадів

III. Інтегральні схеми драйверів двигунів у промислових та розумних застосуваннях

Інтегральні схеми драйверів двигунів мають забезпечувати:

Плавне запускання та зупинка

Точне регулювання струму

Захист від перевантаження за струмом і перегріву

Моделі інтегральних схем драйверів двигунів, що зараз випускаються:

TI DRV8825 — драйвер крокових двигунів, широко використовується в 3D-принтерах та промислових виконавчих пристроях

TI DRV8871 — драйвер постійного струму з вбудованим регулюванням струму та захистом

ST L298N — класичний двоканальний H-міст, тривалий час використовується в промисловому й навчальному обладнанні

Ці драйвери широко використовуються в Німеччині, Італії та Східній Європі, де в промисловому обладнанні перевагу надають надійності замість екстремальної мініатюризації.

IV. Інтегральні схеми драйверів затворів: підсилювач силових каскадів

У перетворювачах, силових модулях та промисловому керуванні двигунами виводи МК (GPIO) не можуть безпосередньо керувати MOSFET або IGBT.

Функція інтегральної схеми драйвера затвора:

Забезпечити високий піковий струм керування затвором

Керувати швидкістю перемикання

Зменшити втрати при перемиканні та електромагнітні перешкоди (EMI)

Моделі ІС драйверів затвора

TI UCC27524, одноканальний драйвер MOSFET низької сторони, високий струм керування, поширений у промислових джерелах живлення

Infineon IR2110, драйвер верхньої та нижньої сторони, широко використовується в інверторах та системах безперебійного живлення (UPS)

ON Semiconductor FAN7392, драйвер напівмоста для IGBT/мосфетів, поширений у промислових та силових системах

Ці компоненти активно закуповуються в Індії та В’єтнамі, де виробництво силової електроніки продовжує розширюватися.

V. ІС драйверів LED у системах освітлення та дисплеїв

ІС драйверів LED зосереджені на:

Регулювання постійним струмом

Термозахист

Керування затемненням

Інтегральна схема драйвера LED:

TI TPS92512, драйвер LED для автомобільної та промислової техніки, підтримує широкий діапазон вхідної напруги

ON Semiconductor NCL30060, AC-DC драйвер LED, поширений у джерелах живлення для освітлення

ST HVLED001A, високовольтний драйвер LED з постійним струмом, поширений у промисловому освітленні

VI. Приклад практичного застосування: оптимізація керування промисловим вентилятором

Початковий дизайн системи вентилятора для промислового обладнання: МКП + дискретні транзистори MOSFET, без обмеження струму, високий рівень відмов.

Після модернізації з використанням: драйвера двигуна DRV8871 із вбудованим регулюванням струму та захистом від перевищення температури.

Результати: значне збільшення терміну служби вентилятора, зниження рівня відмов на рівні плати, а замовник успішно пройшов сертифікацію CE.

VII. Реальність постачання драйверних ІС

Поточні характеристики ринку драйверних ІС: класичні моделі мають тривалий життєвий цикл; промислові замовники погано сприймають альтернативні рішення; замовлення за проектами надають більшого значення глибині складських запасів та стабільності термінів поставки.

VIII. Висновок: Поганий вибір драйверних ІС призводить до відмови системи

Драйверні ІС є найбільш ризикованими, але найлегше ігнорованими ІС у системі.

Правильний вибір безпосередньо визначає надійність системи, її термін служби та частку успішно пройдених сертифікацій.