Basic use of IR2110/IR2113 for High voltage MOSFET driver

ไอซีขับขาเกตเบอร์์ IR2110 และ IR2113 เป็นไอซีที่นิยมใช้งานอีกเบอร์หนึ่ง สามารถนำมาใช้กับวงจรสวิตชิ่งคอนเวอร์เตอร์ หรือวงจรอินเวอร์เตอร์ต่างๆ ได้ง่ายและสะดวก สามารถนำไปขับเพาเวอร์มอสเฟตหรือไอจีบีทีขนาดกลางได้ดี ด้วยการจ่ายกระแสด้านออกและรับกระแสด้านเข้าที่ 2A สามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 500V และมีขาควบคุมการจ่ายสัญญาณโดยตรง รวมทั้งใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงเพียงบวกและกราวด์เท่านั้น

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงลักษณะการต่อใช้งานไอซี IR2110/IR2113 และบล๊อกไดอะแกรมวงจรภายใน สำหรับให้เห็นรูปแบบกลไกการทำงานต่างๆ ของไอซี ช่วยให้สามารถนำไปประยุกต์การใช้งานในรูปแบบต่างๆ ได้เพิ่มเติม

สำหรับในรูปที่ 3 ถึงรูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการต่อใช้งานไอซี IR2110/IR2113, ตำแหน่งขาต่างๆ สำหรับต่อใช้งานไอซีและรายละเอียดการทำงานของแต่ละขา ในส่วนนี้เพื่อให้เข้าใจการทำงานของไอซีตัวนี้ได้ง่ายยิ่งขึ้น

/*
   Pseudo Code for Arduino UNO
   Generate inverted PWM signals and test IC IR2110/IR2113  
   Dev by : www.electronicsDNA.com
   Date : 31/8/2023
*/

int Output_PWM = 0;   

void setup()
{
pinMode (3, OUTPUT);   //  PWM Signal Lo Side
pinMode (11, OUTPUT);  //  PWM Signal Hi Side

TCCR2A=0b10110001;   // Generate inverted PWM signals in output 
TCCR2B=0b00000001;   // Set Fpwm = 31kHz

OCR2A = Output_PWM;        // PIN D11 
OCR2B = 255-Output_PWM;    // PIN D3    
}
void loop()
{  
          Output_PWM= 80;   
          OCR2A = Output_PWM;        // PIN D11 
          OCR2B = 255-Output_PWM;    // PIN D3   
          delay(10);              
       }         

รูปที่ 6 และรูปที่ 7 เป็นการเตรียมอุปกรณ์สำหรับทดลอง โดยการทดลองจะใช้โพรโทบอร์ด เพื่อให้ต่อวงจรได้ง่ายและรวดเร็วขึ้น และใช้สายจั้มสำหรับเชื่อมต่อสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นจากบอร์ดควบคุม Arduino UNO

ในรูปที่ 8 แสดงวงจรการต่อเพื่อทดลองการทำงานไอซี โดยจะสังเกตเห็นว่าจะมีไอซีออปแอมป์ LM393 อีก 1 ตัว สำหรับทำหน้าที่ปรับขนาดของสัญญาณ (Signal Conditioner) ระหว่างบอร์ด Arduino ที่มีแอมปริจูดเพียง 5Vp-p ให้เหมาะสมกับอินพุตของไอซี IR2110 ซึ่งรับขนาดสัญญาณในช่วง 10V-20V จากนั้นที่ขา 11 (SD : Shutdown) จะมีสวิตช์ SW1 สำหรับทดลองควบคุมการจ่ายสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นทางด้านเอาต์พุต

ในรูปที่ 9 และรูปที่ 10 แสดงผลการทดลองวัดสัญญาณที่เกิดขึ้นของสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นจากบอร์ด Arduino UNO และการปรับระดับสัญญาณเอาต์พุตพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่ขา 1 และขา 7 ไอซี IR2110/IR2113 เพื่อเป็นการตรวจสอบความถูกต้อง ซึ่งในการทดลองจะใช้ตัวต้านทานขนาด 30-100 โอห์มต่อระหว่างขา VS กับกราวด์ก่อน โดยผลที่ได้สามารถนำไปขับเพาเวอร์มอสเฟตหรือไอจีบีทีได้เป็นปกติ

รูปที่ 11 และรูปที่ 12 เป็นการทดลองให้ไอซี IR2110/IR2113 เข้าสู่โหมดชัตดาวน์ ด้วยการนำสายไฟสีแดงในรูปที่ 11 ต่อระหว่างขา 9 ไฟเลี้ยง (VDD) กับขา 11 (SD) จากนั้นสังเกตสัญญาณเอาต์พุตพัลซ์วิดธ์มอดูเลตชั่นที่ขา 1 และขา 7 จะหายไปตามรูปที่ 12 ซึ่งเราสามารถนำขา 11 นี้มาต่อใช้งานร่วมกับวงจรป้องกันกระแสเกิน (Over Current Protection: OCP) หรือควบคุมการทำงานให้กับเพาเวอร์มอสเฟตขณะเริ่มต้นการทำงาน

การใช้งานไอซี IR2110/IR2113 เพื่อขับขาเกตให้กับเพาเวอร์มอสเฟตหรือไอจีบีทีนั้น จะใช้เวลาต่อวงจรไม่มากนัก ซึ่งจะช่วยให้ผู้ทดลองลดระยะเวลาการออกแบบวงจรต่างๆ ได้อีกส่วนหนึ่ง รวมทั้งตัววงจรขับขาเกตด้วยไอซีตัวนี้ ยังสามารถนำไปใช้กับวงจรสวิตชิ่งโหมดดีซี ทู ดีซี คอนเวอร์เตอร์, วงจรสวิตชิ่งโหมดเพาเวอร์ ซัพพลาย หรือวงจรอินเวอร์เตอร์ที่ความถี่สูงต่างๆ ได้อีกหลายรูปแบบครับ.

Reference

1. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IR2110-DataSheet-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462533600a4015355c80333167e
2. https://components101.com/sites/default/files/component_datasheet/IR2110-DATASHEET.pdf
3. https://www.digikey.co.il/htmldatasheets/production/72706/0/0/1/ir2110-1-2-s-pbf-ir2113-1-2-s-pbf.html
4. https://www.farnell.com/datasheets/2254418.pdf
5. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/lm393-d.pdf
6. https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm193.pdf
7. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm393-n.pdf?ts=1693218902799&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
8. https://www.ti.com/lit/ml/slua618a/slua618a.pdf?ts=1693265139894&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
9. https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/fan7392-d.pdf