如何使用柵極驅(qū)動器設(shè)備來控制繼電器

雖然 MOSFET/IGBT 柵極驅(qū)動器設(shè)計用于以短時間高峰值電流驅(qū)動高頻容性負(fù)載，但我們知道它們還可以驅(qū)動感性負(fù)載，例如功率繼電器線圈嗎？這就是 MOSFET/IGBT 柵極驅(qū)動器的秘密生命。

這不是新概念。當(dāng)它們驅(qū)動感性負(fù)載時，它們通常以低得多的頻率切換，驅(qū)動電流受線圈電阻的限制。柵極驅(qū)動 IC 已用于驅(qū)動電感負(fù)載，例如柵極驅(qū)動變壓器，但頻率范圍為數(shù)十至數(shù)百千赫。

隨著功率繼電器在汽車和工業(yè)應(yīng)用（例如家用電表和智能電網(wǎng)）中的使用增加，需要能夠通過微控制器控制大功率繼電器。這樣做有一定的挑戰(zhàn)，所有這些都可以通過采用柵極驅(qū)動器輕松解決。我們將在這篇博文中討論如何使用柵極驅(qū)動器設(shè)備來控制繼電器。

繼電器線圈需要的電流和電壓遠(yuǎn)高于微控制器所能提供的電壓。除了提供電源外，還需要在電壓方面提供某種形式的電平轉(zhuǎn)換，以使微處理器能夠控制電子計量等應(yīng)用中的大功率繼電器。

大功率自鎖繼電器的主要功能是安全地連接和斷開電源。

圖 1：單相電表

UCC27524A是一款雙通道柵極驅(qū)動器，最初設(shè)計用于驅(qū)動 MOSFET 和 IGBT 形式的容性負(fù)載。該器件能夠在短時間內(nèi)提供和吸收高達(dá) 5A 的峰值電流。Vdd 范圍為 4.5V 至 18V，使其能夠涵蓋使用 12V 或 15V 繼電器驅(qū)動的應(yīng)用。輸入引腳閾值基于 TTL（晶體管-晶體管邏輯）和 CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）兼容的低壓邏輯，該邏輯是固定的且獨立于電源軌電壓。這允許直接連接到微處理器，并提供必要的電平轉(zhuǎn)換來驅(qū)動繼電器。

讓我們看看如何使用UCC27524A來驅(qū)動像 K100 這樣的雙線圈鎖存繼電器。

UCC27524A器件是一款雙通道、高速、低側(cè)、柵極驅(qū) 動器器件，此器件能夠有效地驅(qū)動金屬氧化物半導(dǎo)體場 效應(yīng)晶體管（MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT) 電源開關(guān)。UCC27524A是UCC2752X系列的一個變 化器件。為了增加穩(wěn)定耐用性，UCC27524A在輸入 引腳上增加了直接處理-5V電壓的能力。
UCC27524A是一款雙路非反相驅(qū)動器。使用能夠從 內(nèi)部大大降低擊穿電流的設(shè)計，UCC27524A能夠?qū)⒏?達(dá)5A源電流和5A灌電流的高峰值電流脈傳送到電容 負(fù)載，此器件還具有軌到軌驅(qū)動能力和典型值為13ns 的極小傳播延遲。除此之外，此驅(qū)動器特有兩個通道 間相匹配的內(nèi)部傳播延遲，這一特性使得此驅(qū)動器非常 適合于諸如間步整流器等對于雙柵極驅(qū)動有嚴(yán)格計時要 求的應(yīng)用。這還使得兩個通道可以并連，以有效地增 加電流驅(qū)動能力或者使用一個單一輸入信號驅(qū)動兩個并 聯(lián)在一起的開關(guān)。輸入引腳閥值基于TTL和CMOS 兼容低壓邏輯，此邏輯是固定的并且與VDD電源電壓 無關(guān)。高低閥值間的寬滯后提供了出色的抗擾度。

■4.5V至18V單電源范圍
■VDD欠壓閉鎖（UVLO)期間輸出保持低電平（確保 加電和斷電時無毛刺脈沖運行）
■快速傳播延遲（典型值13ns)
■快速上升和下降時間（典型值7ns和6ns)
■兩通道間的延遲匹配時間典型值為1ns
■針對更高的驅(qū)動電流，兩個輸出可以并聯(lián)
■當(dāng)輸入浮動時輸出保持低電平

電路詳情請參見圖 2 和圖 3

圖 2：雙線圈配置驅(qū)動電路的簡化原理圖

圖 3：電子計量應(yīng)用中閉鎖繼電器的雙線圈配置

我搭建了一個簡單的測試電路，使用UCC25724A柵極驅(qū)動器提供 100 毫秒寬的脈沖來觸發(fā)閉鎖繼電器（圖 4）。

圖 4：測試電路

圖 5：鎖存繼電器驅(qū)動的波形

繼電器驅(qū)動器在低頻（低于 1Hz）下工作，持續(xù)時間為 20ms 至 200ms，如圖 5 和 7 所示的波形。線圈電阻限制了峰值電流，工作電壓功耗不太可能成為問題。此外，許多柵極驅(qū)動器 IC 都具有熱焊盤熱管理功能，例如 MSOP-8 PowerPAD? 封裝。

相同的概念適用于單線圈自鎖繼電器：

圖 6：單線圈配置驅(qū)動電路的簡化原理圖 

圖 7：單線圈配置波形

這就是它的全部內(nèi)容：使用 MOSFET/IGBT 柵極驅(qū)動器簡化微控制器的繼電器驅(qū)動。我們將 MOSFET 柵極驅(qū)動器用于哪些替代應(yīng)用？