FAN7842 High and Low Side Gate Driver

ทำความรู้จักเบื้องต้นกับไอซี FAN7842 สำหรับขับสัญญาณให้กับอุปกรณ์สวิตช์ขับกำลังต่างๆ เช่น เพาเวอร์มอสเฟตและไอจีบีที เป็นต้น ซึ่งสามารถใช้ได้กับวงจรสวิตชิ่ง แบบฮาร์ฟบริดจ์ คอนเวอร์เตอร์ (Half-Bridge converter) มีส่วนของวงจรสำหรับขับสัญญาณด้านบนแบบลอย (Floating channels) ในตัวและสามารถใช้งานกับวงจรคอนเวอร์เตอร์ที่แรงดันสูงถึง 200V

ไอซี FAN7842 ยังรองรับสัญญาณควบคุมที่ได้จากไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ ในการส่งมายังขาอินพุตโดยตรง (สัญญาณระดับ TTL) ซึ่งช่วยให้ผู้ทดลองวงจรดีซี ทู ดีซี กับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่ต้องออกแบบส่วนของการปรับขนาดสัญญาณ (Signal Conditioning) ระหว่างวงจรทั้ง 2 เพิ่มเติม

ตัวไอซีรับแรงดันไฟเลี้ยงสำหรับทำงานในช่วง 10V-20V โดยภายในตัวไอซีจะมีวงจรตรวจจับช่วงแรงดันการทำงานที่กำหนด (UnderVoltage-LockOut : UVLO) เพื่อไม่ให้เกิดความเสียกับตัววงจร ซึ่งจะมีทั้งส่วนของตัวขับสัญญาณด้านบน (High side gate Drive) และด้านล่าง (LOW side gate Drive) โดยกระแสขับสัญญาณที่จ่ายได้แบบซอร์ส (Sourcing Current) เท่ากับ 350mA และการรับกระแสเข้า (Sinking Current) เท่ากับ 650mA

จากรูปที่ 1 แสดงบล็อกไดอะแกรมภายในของไอซี FAN7842 จะประกอบด้วยส่วนของวงจรปรับลักษณะของสัญญาณอินพุตใหม่ (Smittriger gate) ที่ขา HIN และ LIN, วงจรหน่วงเวลา (DELAY) สำหรับควบคุมสัญญาณขับด้านบนและด้านล่างไม่ให้เกิดช่วงเวลาเดียวกัน, วงจรสำหรับขับ (DRIVER) ให้กับมอสเฟตภายในไอซีไปยังขา HO และ LO, วงจรกำเนิดสัญญาณพัลซ์ สำหรับวงจรขับสัญญาณด้านบน (PULSE GENERATOR) และฟลิปฟลอป RS-FF สำหรับรับสัญญาณควบคุมจาก UVLO และวงจร NOISE CANCELLER ในการควบคุมการส่งสัญญาณด้านบนอีกส่วนหนึ่ง

ในรูปที่ 2 เป็นการนำไอซี FAN7842 ไปประยุกต์ใช้งานกับวงจรสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย (Switching Power Supply) หรือในวงจร ดีซี ทู ดีซีคอนเวอร์เตอร์ต่างๆ (DC to DC Converter) ซึ่งใช้โครงสร้างแบบฮาร์ฟบริดจ์คอนเวอร์เตอร์ (Half-Bridge converter)

ในรูปที่ 3 แสดงขาต่างๆ ของไอซี FAN7842 ซึ่งจะมีการทำงานดังนี้ คือ

• ขา 1 VCC จะทำหน้าที่รับไฟเลี้ยงสำหรับตัวไอซี
• ขา 2 HIN เป็นขารับสัญญาณอินพุตสำหรับขับสัญญาณทางด้านบน
• ขา 3 LIN เป็นขารับสัญญาณอินพุตสำหรับขับสัญญาณทางด้านล่าง
• ขา 4 COM เป็นขาอินพุตรับสัญญาณกราวด์จากแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง
• ขา 5 LO เป็นขาเอาต์พุตสำหรับส่งไปขับตัวสวิตกำลังทางด้านล่าง
• ขา 6 Vs เป็นขากราวด์ของแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงแบบลอยสำหรับวงจรขับสัญญาณทางด้านบน
• ขา 7 HO เป็นขาเอาต์พุตสำหรับส่งไปขับตัวสวิตกำลังทางด้านบน
• ขา 8 Vb เป็นขาอินพุตรับไฟเลี้ยงสำหรับเป็นแหล่งจ่ายไฟแบบลอยให้กับวงจรขับสัญญาณภายในไอซี

สำหรับในรูปที่ 4 เป็นลักษณะของการต่อวงจรกับไอซี FAN7842 เพื่อทดสอบจากการสวิตชิ่ง (Switching Time Test Circuit) และดูลักษณะสัญญาณที่เกิดขึ้นทางด้านเอาต์พุต

ในรูปที่ 5 แสดงสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อไอซีได้รับสัญญาณอินพุตที่ขา HIN และ LIN โดยสัญญาณที่จะเกิดขึ้นทางด้านเอาต์พุต (HO และ LO) จะมีลักษณะเฟสของสัญญาณเดียวกัน (In-Phase) กับอินพุต

ในรูปที่ 6 แสดงลักษณะของสัญญาณที่เกิดขึ้น ถึงช่วงเวลาของสัญญาณต่างๆ (Switching Time waveform) เช่น Ton, Toff, Tr และ Tf โดยจะเทียบกับระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตที่จะเกิดขึ้น

รูปที่ 7 แสดงนิยามของสัญญาณที่เกิดขึ้นถึงช่วงเวลาการหน่วงเวลา (Delay Matching waveform) เทียบกันระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต

สำหรับบทความนี้เป็นการนำเสนอไอซีเบอร์ FAN7842 เบื้องต้น ทั้งนี้เพื่อให้ท่านสามารถรู้จักไอซีตัวนี้ได้เร็วยิ่งขึ้น โดยนำเสนอเนื้อหาที่เป็นฟังก์ชั่นสำคัญๆ ในการพิจารณาเลือกนำไปใช้งานต่างๆ ทั่วไปด้วยวงจรที่ใช้ตัวควบคุมแบบอะนาลอกทั้งหมด และแบบใช้ตัวควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งรายละเอียดสำคัญท่านสามารถอ่านเพิ่มตามลิ้งก์อ้างอิงข้างล่างนี้ครับ.

Reference

1. https://www.onsemi.com/products/discretes-drivers/gate-drivers/fan7842mx
2. https://www.onsemi.com/pub/Collateral/FAN7842-D.pdf
3. https://electronics.stackexchange.com/questions/83219/is-it-possible-to-use-p-mosfet-at-the-floating-high-side-of-a-mosfet-driver
4. https://www.mouser.com/datasheet/2/149/FAN7842-1006985.pdf
5. https://hackaday.io/project/3176-gator-quad/log/11054-bootstrap-gate-driver-calculations
6. https://www.onsemi.com/products/discretes-drivers/gate-drivers/fan73901mx