Các mạch tích hợp điều khiển trong thiết bị công nghiệp và thiết bị thông minh

I. Vì sao IC điều khiển quyết định độ ổn định của hệ thống

Trong các dự án thực tế, các sự cố như hỏng mạch in, quá nhiệt và giảm tuổi thọ thường không xuất phát từ MCU hoặc phần mềm nhúng, mà do sự cố ở tầng điều khiển.
IC điều khiển nằm giữa phần logic điều khiển (MCU) và các thiết bị công suất (MOSFET, IGBT, LED)—một tầng thường bị đánh giá thấp nhưng lại cực kỳ quan trọng đối với độ tin cậy của hệ thống.

II. Các loại IC điều khiển chính (theo góc nhìn kỹ thuật)

Các IC điều khiển thường được phân loại thành:

IC điều khiển động cơ cho quạt, bơm và cơ cấu chấp hành

IC điều khiển cổng cho MOSFET và IGBT

IC điều khiển LED cho chiếu sáng và đèn nền màn hình

Các bộ điều khiển bán cầu / toàn cầu cho tầng công suất công nghiệp

III. IC điều khiển động cơ trong các ứng dụng công nghiệp và thông minh

IC điều khiển động cơ phải đảm bảo:

Khởi động và dừng mượt mà

Điều khiển dòng điện chính xác

Bảo vệ quá dòng và bảo vệ nhiệt

Các mô hình IC điều khiển động cơ hiện đang được sản xuất:

TI DRV8825, bộ điều khiển động cơ bước, được sử dụng rộng rãi trong máy in 3D và các cơ cấu chấp hành công nghiệp

TI DRV8871, bộ điều khiển động cơ DC, tích hợp chức năng điều chỉnh dòng điện và bảo vệ

ST L298N, bộ điều khiển cầu H kép cổ điển, đã được sử dụng lâu dài trong thiết bị công nghiệp và giáo dục

Các bộ điều khiển này được sử dụng rộng rãi tại Đức, Ý và Đông Âu, nơi thiết bị công nghiệp ưu tiên độ bền vững hơn là thu nhỏ cực hạn.

IV. IC điều khiển cổng (Gate Driver IC): Bộ khuếch đại cho tầng công suất

Trong các bộ biến tần, mô-đun công suất và điều khiển động cơ công nghiệp, các chân GPIO của MCU không thể điều khiển trực tiếp MOSFET hoặc IGBT.

Chức năng của IC điều khiển cổng là:

Cung cấp dòng điện cổng đỉnh cao

Điều khiển tốc độ chuyển mạch

Giảm tổn hao chuyển mạch và nhiễu điện từ (EMI)

Các mô hình IC điều khiển cổng

TI UCC27524, bộ điều khiển MOSFET phía thấp đơn kênh, dòng điều khiển cao, thường được sử dụng trong các nguồn điện công nghiệp

Infineon IR2110, bộ điều khiển phía cao và phía thấp, được sử dụng rộng rãi trong các bộ biến tần và hệ thống UPS

ON Semiconductor FAN7392, bộ điều khiển cầu bán dẫn nửa cầu cho IGBT/MOSFET, thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp và hệ thống điện

Các linh kiện này được nhập khẩu mạnh tại Ấn Độ và Việt Nam, nơi sản xuất điện tử công suất tiếp tục mở rộng.

V. Các IC điều khiển LED trong hệ thống chiếu sáng và hiển thị

Các IC điều khiển LED tập trung vào:

Điều chỉnh dòng điện không đổi

Bảo vệ nhiệt

Điều khiển độ sáng

IC điều khiển LED:

TI TPS92512, IC điều khiển LED cho ô tô và công nghiệp, hỗ trợ dải điện áp đầu vào rộng

ON Semiconductor NCL30060, IC điều khiển LED AC-DC, thường được sử dụng trong bộ nguồn chiếu sáng

ST HVLED001A, IC điều khiển dòng điện không đổi cho LED điện áp cao, thường được sử dụng trong chiếu sáng công nghiệp

VI. Nghiên cứu tình huống: Tối ưu hóa điều khiển quạt công nghiệp

Thiết kế ban đầu của hệ thống quạt cho thiết bị công nghiệp: MCU + các MOSFET rời rạc, không có giới hạn dòng điện, tỷ lệ hỏng hóc cao.

Sau khi thiết kế lại sử dụng: IC điều khiển động cơ DRV8871, tích hợp chức năng điều chỉnh dòng điện và bảo vệ ngắt do quá nhiệt.

Kết quả: Tuổi thọ quạt được cải thiện đáng kể, tỷ lệ hỏng hóc ở cấp bo mạch giảm xuống, và khách hàng đã thành công trong việc đạt chứng nhận CE.

VII. Thực tế về nguồn cung IC điều khiển

Đặc điểm hiện tại của thị trường IC điều khiển: các mô hình cổ điển có vòng đời dài; khách hàng công nghiệp ít chấp nhận các giải pháp thay thế; đơn đặt hàng theo dự án đặt trọng tâm lớn hơn vào độ sâu tồn kho và thời gian giao hàng ổn định.

VIII. Kết luận: Việc lựa chọn IC điều khiển kém dẫn đến thất bại hệ thống

IC điều khiển là loại IC có rủi ro cao nhất nhưng lại dễ bị bỏ qua nhất trong một hệ thống.

Việc lựa chọn đúng trực tiếp quyết định độ tin cậy, tuổi thọ và tỷ lệ thành công trong chứng nhận của hệ thống.