Мотор на основе драйвера IR2153 и биполярных транзисторов

Описываемая плата с половинной панелью на основе биполярных транзисторов (сокращенно IGBT) была разработана для ряда приложений: двигателей индукционных нагревателей, катушечных драйверов Tesla, преобразователей постоянного тока, импульсных источников питания (сокращенно SMPS) и других подобных проектов. Такие биполярные транзисторы являются высоковольтными. Они призваны удовлетворять высокие требования по мощности.

Транзистор модели NGTB40N120FL2WG, а также воротный драйвер IR2153 являются важнейшими компонентами рассматриваемой платы. Драйвер содержит вмонтированный генератор. Этот компонент способен функционировать при напряжении в 15В; допустимая токовая нагрузка для него колеблется от 60-ти до 400-та Вольт постоянного тока. Имеющиеся биполярные транзисторы могут работать при напряжении в 1200 В. Максимально допустимая сила тока для них составляет 40 А.

Воротный драйвер IR2153D является улучшенной версией таких систем, как IR2155 и IR2151. Он предназначен для работы с высоким напряжением. Драйвер содержит фронтальный генератор (подобно более сложным системам, применяемым в промышленности). Описываемая модель характеризуется улучшенной функциональностью, при этом управление ею значительно упрощено. Функция отключения проработана таким образом, что всю систему можно выключить простым управляющим сигналом даже при низком напряжении. Ширина выходных импульсов данного воротного драйвера всегда одинакова. Как следствие, поток сигнальных частот при работе остается стабильным. Одним из главных достоинств всей системы считается улучшенная помехоустойчивость.

Во многом этот результат обусловлен понижением порога индуктивности затворных драйверов (то есть был уменьшен коэффициент пропорциональности между электротоком, протекающим по системе, и магнитным потоком, который создается этим самым током). Помимо этого, был улучшен гистерезис (отклик системы) при блокировке напряжения до 1 В. Не самую последнюю роль в надёжности системы играет плотная фиксация всех компонентов платы. Кроме того, на всех контактах и штырьках была обустроена комплексная защита от электростатического разряда.

Спектр частотных колебаний можно настраивать при помощи интегрированного потенциометра триммера. Поддерживаемые частотные диапазоны — 12–100 кГц. Показатель рабочего цикла равен 50 %.

Важно учитывать, что бесщёточные двигатели, дающие напряжение в 400 В и силу тока в 5 А, считаются наиболее подходящими источниками питания для описываемого воротного драйвера.



Важные заметки

• Заметка №1. Плата укомплектована несколькими вспомогательными компонентами. Их применение зависит от специфики разрабатываемого проекта. Если дополнительные элементы не нужны, они просто не используются.
  
  
• Заметка №2. Частотные колебания регулируются потенциометром триммера. Диапазон колебаний составляет 12–100 кГц.
  
  
• Заметка №3. Имеющиеся биполярные транзисторы могут задействоваться исходя из требований конкретного проекта по напряжению.
  
  
• Заметка №4. Плата может применяться в качестве драйвера половинного моста на основе IR2101/IR2104. Также, можно задействовать воротные драйверы IR2101/IR2105, но в этом случае разъемы R5, PR1 и C8 не будут использоваться.
  
  
• Заметка №5. Для бесперебойной работы биполярных транзисторов необходимо подготовить достаточно крупный радиатор.
  

Технические особенности платы:

• рабочая нагрузка на плату может составлять 60–400 В постоянного тока;
  
• воротный драйвер может функционировать при 15 Вольтах постоянного тока;
  
• поддерживаемый диапазон колебания частот — 12–100 кГц;
  
• показатель рабочего цикла — примерно 50 %;
  
• имеется потенциометр триммера для регулировки частоты;
  
• разъем CN3 способен принимать питание до 15 В постоянного тока;
  
• разъем CN1 играет роль входа для электропитания;
  
• разъем CN2 обеспечивает проведение электрической нагрузки.
  

Ниже схематически отображено строение платы:


Далее показан пример схемы катушки Tesla:


Ниже приведено схематическое строение платы вместе с блоком питания:


Здесь показан список деталей, из которых состоит плата:


Далее идёт подробная схема коннекторов:


Ниже представлены фотографии готового двигателя на основе воротного драйвера IR2153 и биполярных транзисторов:



Завершаем наш обзор демонстрацией печатных плат этого двигателя:




Файлы для скачивания: motor-na-osnove-drayvera-ir2153-i-bipolyarnyh-tranzistorov.rar