IR2111x (HALF-BRIDGE DRIVER)

บทความนี้จะเป้นการแนะนำไอซี IR2111x ซึ่งเป็นไอซีที่มีความอเนกประสงค์กับการใช้งานได้หลายๆ แบบครับ เช่นการนำไปสร้างเป็นวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ ซัพพลายแบบบ Half-Bridge converter ได้เลย โดยบทความนี้จะขอแนะนำไอซีเบอร์นี้แบบย่อๆ สำหรับเป็นแนวทางเลือกเพื่อนำไปใช้งานกับวงจรต่างๆ เช่น การนำไปใช้กับวงจรคอนเวอร์เตอร์แบบ Buck converter ทั่วไปและแบบซิงโครนัสคอนเวอร์เตอร์ หรือจะนำไปขับมอเตอร์กระแสตรง (DC Motor) เพื่อให้ได้ความแม่นยำในการปรับความเร็วรอบของตัวมอเตอร์ครับ

สิ่งหนึ่งที่สะดวกต่อการใช้งานของไอซี IR2111x คือรับสัญญาณพัลซ์เข้ามาเพียงช่องเดียว แล้วไอซีตัวนี้จะแยกสัญญาณออกเป็นสองช่องให้เองทางด้านบน (High side) และด้านล่าง (Low side) รวมทั้งมีค่าหน่วงเวลาหยุดการทำงานของสัญญาณ (High side) และด้านล่าง (Low side) หรือเรียก Dead time : DT คงที่ให้ซึ่งเราสามารถต่อใช้งานเข้ากับตัวขับกำลังได้ทันที

หมายเหตุ ไดโอดที่ใช้ในวงจรแนะนำให้ใช้แบบ Schottky Diode หรือ Fast Recovery Diode

จากในรูปที่ 3 เราจะเห็นว่ามีอุปกรณ์ต่อใช้งานร่วมกับไอซี IR2111x ประมาณ 5 ตัว คือตัวเก็บประจุที่ขา Vcc และ COM จะทำหน้าที่ฟิลเตอร์ ไดโอดที่ขา Vcc และ Vb และตัวเก็บประจุที่ขา Vb และ Vs จะต่อวงจรในลักษณะของวงจร Bootstrap เพื่อเป็นแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงให้กับวงจรขับด้านบน (High side) ซึ่งจะทำงานร่วมกับอุปกรณ์ขับกำลังด้านล่าง (Low side) สุดท้ายจะเป็นตัวต้านทานที่ขา HO และ LO จะต่อเข้ากับอุปกรณ์ขับกำลังที่เราเลือกใช้งาน โดยทั่วไปจะใช้เพาเวอร์มอสเฟตหรือไอจีบีที

สำหรับรูปที่ 4 จะเป็นลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้นจากไอซีตัวนี้ โดยในรูปบนซ้ายมือเราจะเห็นความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณอินพุตและสัญญาณเอาต์พุตที่เกิดขึ้น HO และ LO ในรูปบนขวามือจะเป็นลักษณะการทดสอบสัญญาณทรานเชี้ยนกับแหล่งจ่ายไฟของวงจรขับทางด้านบน (High side) รูปทางด้านซ้ายมือล่างจะเป็นลักษณะของการต่อวงจร เพื่อทดสอบช่วงเวลาของการสวิตชิ่งและทางด้านขวามือจะแสดงช่วงระยะเวลาของการเกิดช่วงระยะเวลาสวิตชิ่งและค่า (DT) ทั้งในส่วนของช่วงเวลา tr และช่วง tf ที่เกิดขึ้น

ไอซีเบอร์นี้สามารถทำงานได้ที่แรงดันสูงถึง 600VDC (ซึ่งถือว่าค่อนข้างสูง) ใช้ไฟเลี่ยงวงจรที่เหมาะสมประมาณ 12-18VDC จ่ายกระแส Output high ที่ 200mA และ Output low ที่ 420mA ช่วยให้เราสามารถนำไปใช้งานได้หลายรูปแบบและสามารถนำมาเรียนรู้เป็นพื้นฐานวงจรสวิตชิ่งได้ดี

ในรูปที่ 6 จะเป็นการต่อวงจรต้นแบบสำหรับทดลองเป็นวงจร DC to DC Converter ชนิด Synchronous Buck โดยจะใช้ไอซี LM393 มาต่อร่วม เพื่อให้เป็นส่วนของการตรวจจับกระแสให้กับตัวขับกำลังที่เอาต์พุต และการสร้างสัญญาณ PWM ให้กับไอซี IR2111x นั้น สามารถสร้างได้จากวงจรหลายรูปแบบ เช่น จากไอซี NE555, TL494 หรือแม้แต่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์อย่าง Arduino ซึ่งไอซีดังกล่าวเราสามารถออกแบบวงจรเพื่อรับสัญญาณป้อนกลับในการปรับชดเชยการทำงานของวงจรให้มีเสถียรภาพขึ้น สำหรับการนำเสนอไอซี IR2111x นี้จะเป็นแบบเบื้องต้นเพื่อเป็นไอเดียและแนวคิดของการนำไปใช้งานต่างๆ ตามต้องครับ.

Reference

1. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IR2111-DS-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c810e51682
2. http://electronics-diy.com/electronic_schematic.php?id=1023
3. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IRS2111_and_IR2111_Comparison-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a401535596345b106b
4. http://www.farnell.com/datasheets/2254418.pdf
5. https://electronics.stackexchange.com/questions/28437/is-a-bootstrap-capacitors-always-required-for-mosfet-drivers