Диагностика микросхемы управления инвертором ИБП IR2101В этом материале пойдет речь о центральном звене схемотехники источников бесперебойного питания (ИБП) — контроллере инвертора, в частности, автор описывает диагностику довольно распространенной микросхемы IR2101 фирмы International Rectifier.
Общие сведения
Одним из важнейших элементов любого ИБП является инвертор, который позволяет преобразовывать напряжение постоянного тока аккумулятора в выходное напряжение переменного тока ИБП. Инвертор представляет собой несколько транзисторов (их количество определяется мощностью инвертора), переключающихся в определенной последовательности. Алгоритм переключения транзисторов инвертора и определяет форму выходного напряжения ИБП. А поэтому, схема управления инвертором, без преувеличения является центральным звеном всей схемотехники источника бесперебойного питания.
Рис. 1. Эквивалентная схема инвертора ИБП
Эквивалентная схема инвертора ИБП представлена на рис. 1. С вторичной (повышающей) обмотки силового трансформатора Т1 снимается переменное напряжение величиной 220…230 В. Источником тока в первичной обмотке является аккумулятор ИБП. Для создания переменного тока в обмотке Т1 используются транзисторные ключи, которые коммутируются по определенному алгоритму, задаваемому микропроцессором или схемой ШИМ контроллера.
Рис. 2. Фаза 1 — открыты транзисторы Q1, Q4
Рис. 3. Фаза 2 — открыты транзисторы Q2, Q3
Для создания первой полуволны переменного тока открываются, например, транзисторы Q1 и Q4, при этом через Т1 течет ток, направление которого показано на рис. 2. Для создания второй полуволны открываются транзисторы Q2 и Q3, при этом через Т1 течет ток в противоположном направлении (рис. 3). Вот так, поочередно коммутируя транзисторы Q1, Q2, Q3 и Q4, создается переменный выходной ток ИБП. В представленной схеме можно выделить „верхние» ключи (Q1, Q2) и „нижние» ключи (Q3, Q4). Через верхние ключи к обмотке трансформатора прикладывается питающее напряжение от аккумулятора, а через нижние ключи обмотка подключается на общий провод.
Рис. 4. Параллельное включение транзисторов инвертора
В реальных схемах ИБП каждый из ключей Q1, Q2, Q3 и Q4 может выполняться в виде целого ряда параллельно включенных транзисторов, имеющих общее управление (рис. 4). Мощные ключевые транзисторы инвертора в подавляющем своем большинстве являются транзисторами типа MOSFET или IGBT. Управление транзисторами этого типа требует некоторых особенностей, в том числе – для обеспечения ключевого режима транзисторов необходимо использование двухтактного комплементарного каскада для формирования импульсов на затворе (рис. 5).
Рис. 5. Двухтактные комплементарные выходные каскады управляющей схемы для управления MOSFET-транзисторами
Для упрощения схемы, снижения стоимости и повышения технологичности производства печатного монтажа в современных ИБП применяются микросхемы, обеспечивающие формирование управляющих сигналов инвертора. Эти микросхемы часто называют драйверами транзисторов инвертора. Одним из примеров микросхем драйверов может служить IR2101, в частности, она используется в источнике бесперебойного питания APC „BackUPS BF500GR/BF350GR».
Описание микросхемы IR2101
Микросхема IR2101 представляет собой формирователь сигналов для управления высоковольтными транзисторами MOSFET и IGBT, коммутирующими напряжение до 600 В. Микросхема обеспечивает независимое управление транзисторами „верхних» и „нижних» ключей, позволяя переключать их с очень высокой скоростью. Микросхема управляется сигналами логических уровней CMOS и LSTTL. Выходные каскады микросхемы являются сильноточными, позволяя тем самым увеличить скорость переключения транзисторов MOSFET и IGBT. Микросхема производится в двух типах корпусов (рис. 6): DIP-8 (IR2101) и SO-8 (IR2101S).Типовой вариант включения микросхемы представлен на рис. 7.
Рис. 7. Типовой вариант включения микросхемы IR2101
Выходом HO управляется „верхний» ключ, а выходом LO – „нижний» ключ. Длительность и соотношение импульсов на выходах HO и LO определяется сигналами на входах микросхемы – HIN и LIN.
Основные характеристики выходных импульсов IR2101 представлены в табл. 1.
Таблица 1. Основные характеристики выходных импульсов IR2101
| Параметр |
Обозначение |
Значение |
| Предельное напряжение смещения на управляемых транзисторах |
Voffset |
600 В |
| Выходной ток (вытекающий) |
Io(+) |
100 мА |
| Выходной ток (втекающий) |
Io(–) |
210 мА |
| Напряжение на выходах |
Vout |
10…20 В |
| Время включения |
ton |
130 нс |
| Время выключения |
toff |
90 нс |
| Согласованная задержка |
— |
30 нс |
Скачать статью... | 
