IR2110 500V High-Low Side MOSFET IGBT Gate Sürücü Entegresi DIP-14

IR2110, yüksek ve alçak taraf N-kanal MOSFET veya IGBT anahtarlarını sürmek için geliştirilmiş yüksek hızlı bir gate sürücü entegresidir. Bir adet high-side ve bir adet low-side olmak üzere iki bağımsız sürücü kanalına sahip olan IR2110, yarım köprü, tam köprü, inverter, motor sürücü ve anahtarlamalı güç elektroniği uygulamalarında kullanılabilir.

Yüksek taraf sürücü kanalı floating çalışma yapısına sahiptir ve bootstrap bağlantısı kullanılarak high-side N-kanal MOSFET veya IGBT'nin gate geriliminin anahtarlama düğümünün üzerine çıkarılmasını sağlar. IR2110 high-side floating kanalı 500V seviyesine kadar anahtarlama uygulamalarında kullanılabilir.

Teknik Özellikler

• Model: IR2110
• Entegre Tipi: High-Side / Low-Side Gate Sürücü
• Sürücü Kanalı: 2 Kanal
• High-Side Kanal: 1 Adet
• Low-Side Kanal: 1 Adet
• Sürülebilen Güç Elemanları: N-Kanal MOSFET ve IGBT
• High-Side Floating Çalışma Gerilimi: 500V'a kadar
• Gate Sürücü Besleme Gerilimi (VCC / VBS): 10V – 20V
• Lojik Besleme Gerilimi (VDD): 3V – 20V
• 3.3V lojik seviyelerle uyumludur
• Tipik Peak Source Akımı: Yaklaşık 2.5A
• Tipik Peak Sink Akımı: Yaklaşık 2.5A
• Tipik Açılma Yayılma Gecikmesi: Yaklaşık 120ns
• Tipik Kapanma Yayılma Gecikmesi: Yaklaşık 94ns
• High ve low-side kanallarda eşleştirilmiş yayılma gecikmesi
• High ve low-side için düşük gerilim kilitleme (UVLO) özelliği
• Shutdown girişi bulunur
• CMOS Schmitt-trigger lojik giriş yapısı
• Yüksek dV/dt dayanımlı floating kanal
• Kılıf Tipi: DIP-14 / PDIP-14
• Pin Sayısı: 14

IR2110 Pin Dizilimi ve Yarım Köprü MOSFET Sürücü Devresi

Yukarıdaki görsel IR2110'un DIP-14 pin dizilimini ve iki adet N-kanal MOSFET kullanılarak oluşturulan temel yarım köprü sürücü devresini göstermektedir. Üst MOSFET QH high-side kanal tarafından, alt MOSFET QL ise low-side kanal tarafından sürülmektedir.

IR2110 Pin Bağlantıları

• Pin 1 – LO: Low-side gate sürücü çıkışı
• Pin 2 – COM: Low-side güç sürücüsü referans / toprak bağlantısı
• Pin 3 – VCC: Low-side gate sürücü besleme girişi
• Pin 4 – NC: Bağlantı yapılmaz
• Pin 5 – VS: High-side floating besleme referansı ve yarım köprü anahtarlama noktası
• Pin 6 – VB: High-side floating besleme girişi
• Pin 7 – HO: High-side gate sürücü çıkışı
• Pin 8 – NC: Bağlantı yapılmaz
• Pin 9 – VDD: Lojik devre besleme girişi
• Pin 10 – HIN: High-side sürücü lojik giriş sinyali
• Pin 11 – SD: Shutdown kontrol girişi
• Pin 12 – LIN: Low-side sürücü lojik giriş sinyali
• Pin 13 – VSS: Lojik toprak / referans bağlantısı
• Pin 14 – NC: Bağlantı yapılmaz

High-Side ve Low-Side Sürücü Yapısı

IR2110 içerisinde birbirinden bağımsız iki gate sürücü kanalı bulunur. LO çıkışı alt taraftaki MOSFET veya IGBT'nin gate bağlantısını COM referansına göre sürerken, HO çıkışı üst taraftaki güç anahtarını VS anahtarlama noktasına göre sürer.

Bu yapı sayesinde iki adet N-kanal MOSFET kullanılarak yüksek verimli yarım köprü güç katları oluşturulabilir. Aynı yapının iki adet kullanılmasıyla tam köprü veya H-köprü sürücü devreleri geliştirilebilir.

Bootstrap Devresi Nasıl Çalışır?

High-side N-kanal MOSFET'in tam olarak iletime geçebilmesi için gate geriliminin source geriliminden belirli miktarda daha yüksek olması gerekir. IR2110 bu gerilimi VB ve VS pinleri arasında oluşturulan floating bootstrap beslemesi ile sağlar.

Görselde bootstrap devresi bir diyot ve Cboot kondansatöründen oluşmaktadır. Low-side MOSFET iletimdeyken veya VS seviyesi düşük durumdayken bootstrap kondansatörü VCC üzerinden şarj edilir. High-side MOSFET'in açılması gerektiğinde bu kondansatörde depolanan enerji HO sürücü çıkışının VS seviyesinin üzerine çıkmasına yardımcı olur.

Bootstrap kondansatörünün kapasitesi sürülecek MOSFET veya IGBT'nin toplam gate yüküne, anahtarlama frekansına ve izin verilen gerilim düşümüne göre seçilmelidir.

Bootstrap Diyotunun Seçimi

Görselde +24V DC bus kullanılan örnek devrede bootstrap diyotu olarak 1N5819 gösterilmiştir. Bu değer yalnızca örnek devre koşulları için değerlendirilmelidir.

DC bus gerilimi yükseltildiğinde bootstrap diyodunun ters gerilim dayanımının da anahtarlama gerilimine uygun olması gerekir. Yüzlerce voltluk uygulamalarda düşük gerilimli 1N5819 yerine uygun ters gerilim dayanımına ve hızlı anahtarlama özelliklerine sahip diyot kullanılmalıdır.

HIN ve LIN Kontrol Girişleri

HIN girişi high-side HO çıkışını, LIN girişi ise low-side LO çıkışını kontrol eder. IR2110 çıkışları giriş sinyalleriyle aynı fazda çalışır.

• HIN aktif olduğunda HO high-side MOSFET'i sürer
• LIN aktif olduğunda LO low-side MOSFET'i sürer

Yarım köprü uygulamasında high-side ve low-side MOSFET'lerin aynı anda iletime geçirilmemesi gerekir. Aksi durumda DC bus hattı üzerinden doğrudan kısa devre oluşabilir ve MOSFET'ler zarar görebilir.

Dead-Time Kullanımı

IR2110 high-side ve low-side sürücüleri bağımsız girişlerle kontrol eder. Bu nedenle HIN ve LIN sinyallerinin zamanlaması harici kontrolcü tarafından doğru şekilde oluşturulmalıdır.

Bir MOSFET kapandıktan sonra diğer MOSFET açılmadan önce kısa bir bekleme süresi bırakılması dead-time olarak adlandırılır. Uygun dead-time, yarım köprüdeki iki MOSFET'in aynı anda iletime geçerek shoot-through akımı oluşturmasını önlemeye yardımcı olur.

Dead-time süresi kullanılan MOSFET veya IGBT'nin anahtarlama sürelerine ve gate sürücü tasarımına göre belirlenmelidir.

Shutdown (SD) Girişi

IR2110 üzerinde bulunan SD pini, sürücü çıkışlarının hızlı şekilde devre dışı bırakılabilmesini sağlar. Bu giriş aşırı akım, aşırı sıcaklık veya sistem hata algılama devreleriyle birlikte kullanılarak güç katının kontrol edilmesine yardımcı olabilir.

Shutdown özelliği özellikle inverter, motor sürücü ve yüksek güçlü anahtarlama uygulamalarında harici koruma devreleri oluşturulmasını kolaylaştırır.

Lojik ve Gate Sürücü Beslemeleri

IR2110 lojik ve güç sürücü bölümleri için ayrı besleme bağlantılarına sahiptir. VDD pini giriş lojik devresini, VCC pini ise low-side gate sürücü katını besler.

• VDD: Lojik besleme, yaklaşık 3V – 20V
• VCC: Gate sürücü beslemesi, 10V – 20V
• VSS: Lojik devre referansı
• COM: Low-side güç sürücüsü referansı

3.3V lojik uyumluluğu sayesinde IR2110 uygun bağlantı koşullarında mikrodenetleyici, DSP veya PWM kontrol devrelerinden gelen lojik sinyallerle sürülebilir.

Düşük Gerilim Kilitleme – UVLO

IR2110 hem high-side hem de low-side sürücü besleme bölümlerinde düşük gerilim kilitleme korumasına sahiptir. Gate sürücü beslemesi yeterli seviyenin altına düştüğünde MOSFET veya IGBT'nin yetersiz gate gerilimiyle kısmi iletime geçmesini önlemeye yardımcı olur.

Bu özellik güç elemanlarının yüksek iletim direnci nedeniyle aşırı ısınma riskini azaltmaya yardımcı olur.

Gate Dirençlerinin Görevi

Görselde HO ve LO çıkışları ile MOSFET gate pinleri arasında 10Ω dirençler kullanılmaktadır. Gate dirençleri MOSFET'in açılma ve kapanma hızını, gate tepe akımını ve anahtarlama sırasında meydana gelebilecek salınımları kontrol etmek için kullanılır.

10Ω değeri örnek bir değerdir. Uygun gate direnci kullanılan MOSFET'in gate yükü, anahtarlama frekansı, sürücü akımı ve PCB yerleşimine göre belirlenmelidir.

500V High-Side Çalışma Yeteneği

IR2110'un floating high-side kanalı 500V'a kadar anahtarlama noktası gerilimlerinde çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu özellik entegreyi yalnızca düşük voltajlı motor devreleri için değil, yüksek DC bus gerilimine sahip inverter ve güç dönüştürücü uygulamaları için de uygun hale getirir.

500V değeri entegrenin high-side floating kanalının gerilim sınıfını ifade eder. Devrede kullanılan MOSFET, IGBT, diyot, kondansatör, PCB izolasyon mesafeleri ve diğer tüm komponentlerin de gerçek DC bus gerilimine uygun seçilmesi gerekir.

MOSFET ve IGBT Sürme

IR2110 hem N-kanal güç MOSFET'lerini hem de uygun IGBT'leri sürmek için kullanılabilir. Gate sürücü çıkışının sağladığı yüksek anlık akım, güç transistorlarının gate kapasitelerinin hızlı şekilde şarj ve deşarj edilmesine yardımcı olur.

Hızlı gate sürme, güç anahtarının lineer bölgede geçirdiği süreyi azaltarak uygun tasarım koşullarında anahtarlama kayıplarının azaltılmasına yardımcı olabilir.

PCB Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler

• VCC ve COM arasındaki bypass kondansatörleri entegreye mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir
• VDD ve VSS arasındaki bypass kondansatörü kısa bağlantılarla kullanılmalıdır
• Bootstrap diyotu ve Cboot kondansatörü VB ve VS pinlerine yakın konumlandırılmalıdır
• HO ve LO gate yolları mümkün olduğunca kısa tutulmalıdır
• Gate dirençleri MOSFET veya IGBT gate pinlerine yakın yerleştirilmelidir
• COM güç toprağı ile VSS lojik toprağı PCB üzerinde kontrollü şekilde yönlendirilmelidir
• Yüksek akımlı anahtarlama döngüleri lojik giriş hatlarından uzak tutulmalıdır
• High-side yüksek gerilim bölümünde uygun creepage ve clearance mesafeleri bırakılmalıdır
• HIN ve LIN sinyalleri arasında uygun dead-time sağlanmalıdır
• Bootstrap komponentleri DC bus gerilimine ve kullanılan güç transistoruna göre seçilmelidir

Kullanım Alanları

• Yarım köprü MOSFET sürücü devreleri
• Tam köprü ve H-köprü sürücü devreleri
• DC motor sürücüleri
• BLDC motor sürücü sistemleri
• AC motor inverterleri
• Frekans inverterleri
• UPS güç katları
• DC-AC inverter devreleri
• DC-DC güç dönüştürücüleri
• Class-D güç katları
• Solar inverter uygulamaları
• Endüstriyel motor kontrol sistemleri
• MOSFET ve IGBT anahtarlama devreleri
• Yüksek gerilimli güç elektroniği projeleri
• PWM kontrollü güç sistemleri

Paket İçeriği

• 1 Adet IR2110 High-Low Side MOSFET / IGBT Gate Sürücü Entegresi DIP-14