Что такое драйвер воздействия
2) транзистор в составе системы должен иметь возможность прямого управления от логической низковольтной части системы, обычно измеряемого относительно общей шины. Таким образом, напряжение низковольтной части должно иметь смещение относительно источника питания высоковольтной части системы, которое, в свою очередь, часто является двуполярным;
3) мощность, потребляемая схемой управления затвором, не должна существенно влиять на общую производительность системы коммутации.
Основной задачей драйвера для обеспечения указанных выше требований является преобразование уровней напряжения и согласование низковольтной части системы управления, имеющей, как правило, однополярное питание, и высоковольтной части, к которой часто приложено двуполярное напряжение с высоким потенциалом.
Второй задачей, решаемой с помощью специализированных драйверов, является обеспечение высоких значений токов затвора, переключающих силовые транзисторы. Дело в том, что высоковольтные силовые ключи, как правило, имеют значительные паразитные емкости, способные накапливать большие заряды в области затвора. Для полноценного переключения таких транзисторов этот заряд необходимо рассосать или накачать, что и обеспечивается с помощью больших выходных токов драйвера.
Кроме того, драйверы силовых ключей, в отличие от простых преобразователей уровня, снабжены множественными механизмами защиты как самого драйвера, так и управляемых ключей, что позволяет выполнять формирование выходных управляющих сигналов согласно определенным алгоритмам, чтобы предотвратить выход системы из строя в аварийной ситуации.
Интегральные драйверы, производимые компанией International Rectifier, предоставляют широкий набор функций, необходимых для управления силовыми MOSFET- или IGBT-ключами.
Типы драйверов компании IR
В зависимости от функциональной насыщенности и выполняемых функций, изделия компании International Rectifier можно разделить на несколько типов:
- драйверы нижнего и драйверы верхнего ключа;
- драйверы, совмещающие управление верхним и нижним ключом;
- полумостовые драйверы;
- трехфазные драйверы.
Познакомимся подробнее с типами драйверов и особенностями их применения.
В зависимости от базового включения силового транзистора в систему, он является верхним или нижним ключом. На рисунке 1 представлена схема, в которой силовой транзистор является верхним ключом. Если нагрузка включена между плюсом силовой шины и стоком силового транзистора, подключенного истоком к общей шине, то в такой схеме транзистор будет являться силовым нижним ключом.
Рис. 1. Пример схемы включения силового транзистора в качестве верхнего ключа
Компания International Rectifier выпускает такие драйверы в одноканальном и двуканальном исполнении, с различными значениями выходных токов (до 4 А) и вариантами конфигураций инвертированных входов. Перечень доступных микросхем представлен в таблице 1.
Таблица 1. Микросхемы драйверов верхнего/нижнего ключей
Следует отметить, что любой драйвер верхнего ключа может быть использован в качестве драйвера нижнего ключа, если применение доступных драйверов нижнего ключа не может обеспечить требуемых рабочих характеристик системы.
Драйверы полумостов
Механизм встроенного временного промежутка Dead-Time обеспечивает гарантированное закрытие одного силового ключа до момента начала открытия ключа в противоположном плече. Гарантией надежного закрытия противоположного транзистора является встроенная схема, контролирующая состояние ключей, и наличие схемы задержки, формирующей промежуток времени, в течение которого закрыты оба транзистора в плечах полумоста.
Большинство драйверов обоих типов имеет структуру, представленную на рисунке 2 на примере структурной схемы драйвера IRS2110.
Рис. 2. Внутренняя структурная схема драйвера IRS2110
Рис. 3. Типовые схемы включения полумостовых драйверов: без Dead-Time (а) и с Dead-Time (б)
Номенклатура полумостовых драйверов в портфеле IR очень широка. В следующих сводных таблицах 2 и 3 приводится информация о микросхемах, представляющих наибольший интерес для пользователя.
Таблица 2. Полумостовые драйверы без встроенной функции Dead-Time
Таблица 3. Полноценные полумостовые драйверы (с Dead-Time)
Трехфазные драйверы
Для управления электродвигателями часто применяются трехфазные системы электропривода. Естественно, такую систему управления силовыми транзисторами можно реализовать с помощью трех полумостовых драйверов. Но, при всей своей очевидности, данное решение получается довольно габаритным, различие значений некоторых параметров драйверов разных фаз может приводить к «перекосам» системы, снижению эффективности управления и понижению общего КПД системы.
Поэтому компания IR предлагает готовые решения данной задачи, реализованные в виде трехфазных драйверов. Наиболее интересным примером такого драйвера является микросхема IRS26302D, представленная на рисунке 4. Драйвер имеет семь выходных каналов, управляемых независимыми входами. Шесть каналов используются для построения самого трехфазного моста, а седьмой канал может применяться для реализации корректора коэффициента мощности (ККМ) или системы защиты и рекуперации.
Рис. 4. Типовая схема включения семиканального трехфазного драйвера
Естественно, одной этой микросхемой семейство трехфазных драйверов, производимых компанией IR, не исчерпывается. Более полный перечень микросхем с указанием их ключевых параметров приводится в таблице 4.
Таблица 4. Трехфазные драйверы и их ключевые параметры
Драйверы измерения тока
При использовании вышеуказанных интегральных драйверов остается открытым вопрос о контроле тока, потребляемого нагрузкой. Если интегральная микросхема драйвера имеет функцию контроля тока, то, как правило, она просто сообщает о возникновении неисправности, используя дополнительный выход сигнализации об ошибке, никак не расшифровывая причину ее возникновения. Одной из причин аварийной ситуации может быть перегрузка по току выходного каскада.
Для контроля тока, потребляемого нагрузкой, компания International Rectifier выпускает интегральные микросхемы, позволяющие реализовать данную функцию. На рисунке 5 приведены схемы контроля тока, потребляемого нагрузкой, на микросхеме, совмещенной с драйвером (а), и специализированной микросхеме измерения тока (б).
Рис. 5. Примеры включения драйверов, контролирующих ток в нагрузке
Расчет параметров цепи вольтодобавки (bootstrap)
Для стабильной работы любой коммутационной схемы важен правильный выбор необходимых элементов обвязки. Для драйверов верхнего плеча и любого типа драйверов полумостов одной из важнейших внешних цепей является цепь вольтодобавки, элементами которой являются диод и конденсатор. Эти два элемента обеспечивают разность напряжения «затвор-исток», необходимую для гарантированного открывания внешнего выходного транзистора. Расположенные локально развязывающие конденсаторы на силовых и слаботочных шинах питания позволяют в значительной степени уменьшить уровень излучаемых помех, компенсируя индуктивность проводников.
Выбор номинального рабочего напряжения конденсатора вольтодобавки Cboot должен основываться на максимальном значении напряжения питания микросхемы Vcc. Емкость конденсатора выбирается, исходя из следующих параметров:
- требуемое напряжение для управления транзистором;
- максимальный сквозной ток IQBS для схем управления верхним ключом;
- токи цепей смещения в пределах драйвера;
- ток утечки «затвор-исток» IQBS транзистора;
- ток утечки самого конденсатора вольтодобавки.
Последнее условие актуально только для электролитических конденсаторов. При использовании конденсаторов других типов им можно пренебречь. Поэтому неэлектролитические конденсаторы более предпочтительны для применения в цепи вольтодобавки.
Минимальная емкость компенсационного конденсатора может быть вычислена по следующей формуле:
[1]
Диод вольтодобавки должен выдерживать максимальное напряжение, существующее на силовой шине. Например, такая ситуация возникает, когда верхний ключ открыт, и к диоду оказывается приложено все напряжение шины. Значение прямого тока через диод зависит от частоты переключения силового ключа, то есть, от частоты заряда затворной емкости. Например, для транзистора IRF450, работающего на частоте 100 кГц, ток через диод составит примерно 12 мА.
Ток утечки при повышенной температуре для этого диода является важным критерием в приложениях, где конденсатор должен поддерживать заряд в течение длительного времени. Поэтому необходимо, чтобы этот диод быстро восстанавливался с целью уменьшения заряда, попадающего обратно в цепь питания с конденсатора вольтодобавки.
Борьба с отрицательными выбросами в цепи Vs
При работе с мощной индуктивной нагрузкой (мощные электродвигатели), а также при недостаточно грамотной трассировке выходного каскада мощных систем, на выходе системы можно столкнуться с высокоамплитудными выбросами обратной полярности. Описанная ситуация продемонстрирована на рисунке 6.
Рис. 6. Появление на выходе выброса обратной полярности
Почему возникает такая ситуация и чем она может быть опасна? Рассмотрим случай работы системы на индуктивную нагрузку: когда открыт верхний ключ, через нагрузку протекает некоторый ток. При закрытии верхнего ключа вплоть до момента открытия нижнего (Dead-Time) ток в индуктивную нагрузку продолжает течь через диод нижнего транзистора, т.к. ток через индуктивность не может скачком упасть до нуля. Исток нижнего транзистора подключен к общей шине «земля», а поскольку ток течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим, то получается, что выброс напряжения на линии Vs имеет обратную полярность (эпюра напряжения на линии Vs приведена на рисунке 6). Этот обратный выброс через внутреннюю структуру драйвера начинает перезаряжать емкости микросхемы, что может привести к ложному отпиранию верхнего ключа. А исходя из алгоритма управления, по прошествии интервала времени Dead-Time будет открыт нижний транзистор. В этом случае возникнет сквозной ток через оба плеча системы, что наверняка приведет к выходу системы из строя, а возможно, и к возгоранию элементов устройства. Опасность выбросов отрицательного напряжения значительно возрастает с увеличением площади кристалла силового транзистора и повышением плотности тока, коммутируемого транзистором в течение короткого времени.
Интегральные микросхемы-драйверы компании International Rectifier гарантированно выдерживают отрицательные выбросы на шине Vs как минимум, до -5 В относительно общего провода. В случае, если выброс превышает указанное значение, выход управления верхнего ключа временно блокируется в текущем состоянии. Оставаясь в пределах максимально допустимых значений для Vs, эта ситуация не вызывает повреждений интегральной микросхемы, тем не менее, выходной буферный каскад не будет реагировать на изменения входного сигнала до тех пор, пока отрицательный выброс не завершится.
Для оценки устойчивости схемотехнического решения к таким экстремальным ситуациям, как короткое замыкание нагрузки или перегрузка по току (в обоих случаях отношение di/dt ® max), необходимо отслеживать поведение сигналов в двух точках:
Измерения следует проводить непосредственно на выводах микросхемы драйвера для того, чтобы были отражены все параметры соединений, включая паразитные воздействия линий связи и взаимного размещения, как указано на рисунке 7.
Рис. 7. Точки измерения критических параметров сигнала при возникновении отрицательных выбросов на шине Vs
Следующие мероприятия позволяют гарантировать стабильную работу системы, несмотря на воздействия импульсных помех.
1. Минимизация паразитных влияний:
а) использование коротких проводников максимально возможной толщины между ключами и драйвером, без петель и отклонений;
в) снижение индуктивности выводов электрорадиоэлементов за счет снижения высоты расположения их корпусов над поверхностью печатной платы;
г) размещение обоих ключей локализовано в «силовой» части в непосредственной близости от драйвера для максимального сокращения длины трасс.
2. Снижение воздействий на управляющую микросхему драйвера:
а) соединения цепей Vs и COM рекомендуется выполнять так, как изображено на рисунке 8;
Рис. 8. Рекомендуемая топология соединений драйвера и силовых ключей
б) минимизация паразитных параметров цепей управления затворами транзисторов путем использования коротких трасс типа «точка-точка»;
в) следует размещать управляющую микросхему драйвера как можно ближе к силовым ключам с целью минимизации длины трасс.
3. Улучшение развязки:
а) увеличение емкости конденсатора вольтодобавки до величины более 0,47 мкФ наряду с использованием как минимум одного конденсатора с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС). Это уменьшит степень перезарядки конденсатора в результате значительного повышения Vs при выбросе напряжения;
б) использование второго конденсатора с низким ЭПС в качестве фильтрующего в цепях Vs и COM. Так как этот конденсатор будет обеспечивать поддержку обоих выходных буферов и перезарядку конденсатора Сboot, то его емкость должна быть как минимум в 10 раз больше емкости конденсатора вольтодобавки;
в) если требуется включение резистора последовательно с диодом вольтодобавки, то необходимо убедиться, что напряжение шины VB не будет опускаться ниже значения общего провода COM, особенно в момент включения и максимальных значений частоты и скважности.
Следование приведенным рекомендациям позволяет значительно сократить уровень помех, возникающих в результате отрицательных выбросов напряжения. Однако, если уровень выбросов остается достаточно велик, то может оказаться необходимым снижение скорости нарастания выходного напряжения dV/dt.
Рис. 9. Область безопасной работы драйверов IR при появлении выбросов обратной полярности
Устойчивость к выбросам отрицательного напряжения является определяющим фактором при выборе управляющей микросхемы драйвера.
Заключение
Как следует из статьи, выбор драйвера для коммутации силовых MOSFET или IGBT не является трудной задачей. Достаточно определить требуемые энергетические показатели разрабатываемой системы и выбрать ее топологию. Следование указаниям по схемотехнике и топологии, приводимым в документации на микросхему и рекомендациях по применению, избавит от проблем, возникающих при работе системы. Современные интегральные драйверы компании International Rectifier 5-го поколения имеют защитные цепи и не подвержены выходу из строя при возникновении кратковременных выбросов отрицательного напряжения.
Широкая номенклатура изделий International Rectifier и их высокое качество позволяют построить надежную силовую систему любого уровня сложности с минимальными затратами как на этапе проектирования схемотехники, так и на этапе изготовления конечного устройства.
Как уважаемый хабрапользователь наверняка знает, «драйвер устройства» — это компьютерная программа управляющая строго определенным типом устройства, подключенным к или входящим в состав любого настольного или переносного компьютера.
Основная задача любого драйвера – это предоставление софтового интерфейса для управления устройством, с помощью которого операционная система и другие компьютерные программы получают доступ к функциям данного устройства, «не зная» как конкретно оно используется и работает.
Обычно драйвер общается с устройством через шину или коммуникационную подсистему, к которой подключено непосредственное устройство. Когда программа вызывает процедуру (очередность операций) драйвера – он направляет команды на само устройство. Как только устройство выполнило процедуру («рутину»), данные посылаются обратно в драйвер и уже оттуда в ОС.
Любой драйвер является зависимым от самого устройства и специфичен для каждой операционной системы. Обычно драйверы предоставляют схему прерывания для обработки асинхронных процедур в интерфейсе, зависимом от времени ее исполнения.
Любая операционная система обладает «картой устройств» (которую мы видим в диспетчере устройств), для каждого из которых необходим специфический драйвер. Исключения составляют лишь центральный процессор и оперативная память, которой управляет непосредственно ОС. Для всего остального нужен драйвер, который переводит команды операционной системы в последовательность прерываний – пресловутый «двоичный код».
Как работает драйвер и для чего он нужен?
Основное назначение драйвера – это упрощение процесса программирования работы с устройством.
Он служит «переводчиком» между хардовым (железным) интерфейсом и приложениями или операционными системами, которые их используют. Разработчики могут писать, с помощью драйверов, высокоуровневые приложения и программы не вдаваясь в подробности низкоуровневого функционала каждого из необходимых устройств в отдельности.
Как уже упоминалось, драйвер специфичен для каждого устройства. Он «понимает» все операции, которые устройство может выполнять, а также протокол, с помощью которого происходит взаимодействие между софтовой и железной частью. И, естественно, управляется операционной системой, в которой выполняет конкретной приложение либо отдельная функция самой ОС («печать с помощью принтера»).
Если вы хотите отформатировать жесткий диск, то, упрощенно, этот процесс выглядит следующим образом и имеет определенную последовательность: (1) сначала ОС отправляет команду в драйвер устройства используя команду, которую понимает и драйвер, и операционная система. (2) После этого драйвер конкретного устройства переводит команду в формат, который понимает уже только устройство. (3) Жесткий диск форматирует себя, возвращает результат драйверу, который уже впоследствии переводит эту команду на «язык» операционной системы и выдает результат её пользователю (4).
Как создается драйвер устройства
Для каждого устройства существует свой строгий порядок выполнения команд, называемой «инструкцией». Не зная инструкцию к устройству, невозможно написать для него драйвер, так как низкоуровневые машинные команды являются двоичным кодом (прерываниями) которые на выходе отправляют в драйвер результат, полученный в ходе выполнения этой самой инструкции.
При создании драйвера для Линукса, вам необходимо знать не только тип шины и ее адрес, но и схематику самого устройства, а также весь набор электрических прерываний, в ходе исполнения которых устройство отдает результат драйверу.
Написание любого драйвера начинается с его «скелета» — то есть самых основных команд вроде «включения/выключения» и заканчивая специфическими для данного устройства параметрами.
И чем драйвер не является
Часто драйвер устройства сравнивается с другими программами, выполняющими роль «посредника» между софтом и/или железом. Для того, чтобы расставить точки над «i», уточняем:
- Драйвер не является интерпретатором, так как не исполняется напрямую в софтовом слое приложения или операционной системы.
- Драйвер не является компилятором, так как не переводит команды из одного софтового слоя в другой, такой же.
Ну и на правах рекламы – вы всегда знаете, где скачать новейшие драйвера для любых устройств под ОС Windows.
- Дра́йвер (англ. driver, мн. ч. дра́йверы) — компьютерное программное обеспечение, с помощью которого другое программное обеспечение (операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.
дра́йвер
1. экон. определяющий фактор ◆ Но именно предстоящая Олимпиада — ключевой драйвер роста рынка гостиничной недвижимости на Черноморском побережье. Дмитрий Райв, «В море гостеприимства» // «Бизнес журнал», 2012 г.
2. комп. программа, управляющая аппаратным обеспечением, выдающая себя за аппаратное обеспечение, обеспечивающая связь между программами по стандартному интерфейсу ◆ Доступ из программы к базе данных осуществляется через интерфейс Open Database Connectivity (ODBC) с использованием объектов MFC классов CDatabase и CRecordset, что в принципе позволяет в качестве хранилища исходных данных использовать любую СУБД, для которой существует ODBC-драйвер. «Система выбора аппаратурного оформления многоассортиментных химических производств», Информационные технологии г. // «2004» (цитата из НКРЯ) ◆ Программный драйвер низкого уровня следит за состоянием управляющих сигналов и обрабатывает все запросы ЧПУ. В. Ф. Безъязычный, А. Ю. Татаринов, М. В. Тимофеев, «Проблемы внедрения CAD/CAM систем в промышленности», Автоматизация технологических процессов в машиностроении/ Межвузовский сборник научных трудов г. // «2002» (цитата из НКРЯ) ◆ Кроме того, эти модели, в отличие от остальных новинок, имеют оптический датчик бумаги, который автоматически определяет тип используемого носителя, а затем настраивает драйвер соответствующим образом. Вадим Вирин, «Великолепная семерка Lexmark», Computerworld г. // «2004» (цитата из НКРЯ)
3. эл.-техн. управляемый источник питания, предназначенный для дозированной подачи тока на электромоторы, светодиоды и т. д.
4. жарг. водитель автомобиля, таксист ◆ Есть такой негласный порядок, по которому драйвер может лезть с расспросами о самом сокровенном (что он обычно и делает — с превеликим удовольствием), а «стопщику» со своим любопытством навязываться не следует. И. В. Савельев, «Бледный город» // «Новый мир», № 12, 2004 г. ◆ Наш, с виду неказистый драйвер, искусно лавируя внутри достаточно плотного потока машин, за каких-то шесть минут догнал искомую транспортную единицу. Вадим Шкодин, «Читая Мураками» // «День и ночь», № 1, 2008 г. ◆ Мама однажды не выдержала и забросала машину с балкона помидорами (такие красные земляные фрукты, мокрые внутри), предположительный Петров не вышел, но зато выскочил его драйвер и начал нецензурно обижаться на маму. Алексей Слаповский, «100 лет спустя. Письма нерожденному сыну» // «Волга», 2009 г. (цитата из НКРЯ)
Установка гипсокартона - это быстрый и простой способ завершить проекты реконструкции интерьера. Гипсокартон, покрытый бумагой 4 фута на 8 футов, относительно прост в обращении, легко режется и заканчивается идеально гладкой окрашиваемой поверхностью. Однако ключ к созданию идеально гладкой законченной гипсокартона начинается с безупречного крепления гипсокартона к стенным шпилькам. В связи с обилием на рынке бесшнуровых сверл, монтажники по гипсокартону должны выбрать правильный инструмент для работы.
Ударные драйверы не предназначены для правильной установки гипсокартонных панелей.
Операция воздействия драйвера
Ударный двигатель предназначен для создания высоких уровней крутящего момента. Зубчатая передача в инструментах обеспечивает практически неостанавливаемое вращательное усилие на буровое долото или насадку бурового привода. Для таких применений, как ослабление ржавых крепежных деталей на автомобилях, этот инструмент необходим. Аккумуляторный ударный привод также идеально подходит для забивания болтов в обработанную древесину при строительстве фундамента для палубы в задней части дома.
Гипсокартон
Гипсокартонный пистолет предназначен для работы на высоких скоростях, а не с высоким крутящим моментом. Уникально разработанный наконечник на винтовом пистолете для гипсокартона отсоединяет двигатель винтового пистолета от наконечника, когда винт для гипсокартона достигает необходимой глубины установки. Шурупы для гипсокартона сталкиваются с очень небольшим сопротивлением, поскольку они ввинчиваются в стенные шпильки. Таким образом, ударный драйвер предназначен для выполнения задачи по управлению крепежами значительно иначе, чем винтовой пистолет с гипсокартоном.
Идеальная установка гипсокартона
Идеальная установка гипсокартона требует, чтобы крепеж гипсокартона был установлен на заданную глубину, а затем остановился. Винты с выступающей головкой ввинчиваются в поверхность гипсокартона, так что головка винта находится чуть ниже поверхности бумаги гипсокартона, но не проникает и не разрывает бумагу. Шурупы для гипсокартона, которые просверливаются для глубокого создания проблем во время обмотки в процессе отделки. Шурупы для гипсокартона, установленные под углом или недостаточно глубоко закрученные, создают аналогичные проблемы для отделочных работ по гипсокартону
Заключение
Беспроводной ударный инструмент и шуруповерт для гипсокартона предназначены для совершенно разных целей. Высокоскоростной шуруповерт для гипсокартона быстро сверлит шурупы и устанавливает головку на идеальную глубину. Беспроводной ударный механизм вращается намного медленнее и предназначен для ввинчивания винтов в высокопрочный материал. Аккумуляторный ударный привод сбалансирован, так что пользователь может прикладывать большой крутящий момент и высокое усилие к наконечнику инструмента во время использования. В то время как этот инструмент будет приводить в движение винты гипсокартона и вешать шпунт, инструмент замедлит процесс установки и, вероятно, создаст проблемы для отделочных работ по гипсокартону.
Читайте также: