В англоязычной литературе для обозначения этого класса микросхем используется термин "drivers" (драйверы).
Эти микросхемы, по сути, являются связующим звеном между виртуальным миром электрических сигналов и реальным миром исполнительным устройств, требующих управления мощной нагрузкой, превышающей уровни, характерные для устройств обработки информации. При уровнях управляемой мощности свыше нескольких десятков ватт используются внешние силовые элементы.
По типу силового элемента ключа различают следующие ключи:
¾ на биполярных транзисторах p-n-p, n-p-n и комбинированных;
¾ на МОП-транзисторах;
¾ комбинированные ключи, содержащие МОП и биполярные транзисторы, интегрально выполненные на общем кристалле (IJBT);
¾ на тиристорах и симисторах.
Ключи содержат схему управления и силовой элемент, которые могут различаться по виду соединения;
¾ при гальванической связи реализуется максимальное быстродействие ключа. Однако, логические сигналы управления (обычно ТТЛ, КМОП) имеют уровни, привязанные к земле. Поэтому, верхние и нижние ключи имеют отличающуюся схемотехнику, а это приводит увеличению номенклатуры выпускаемых ИС;
¾ Ключи с оптоэлектронной развязкой более универсальны, могут одинаково просто использоваться в качестве верхнего или нижнего ключа. Получили коммерческое название - твердотельные (оптоэлектронные) реле. Сигналы управления передаются на силовой элемент через оптоэлектронный канал и полностью развязаны управляющие и силовые цепи (предельные напряжения гальванической развязки могут составлять сотни ¸тысячи В). Твердотельные реле уступают гальваническим ключам по быстродействию, несколько выше стоимость.
Ключи на инжекционных приборах – тиристорах и биполярных транзисторах еще недавно доминировали в области управления силовым оборудованием. Обладают высоким быстродействием (у тиристоров быстродействие хуже), недорогие, выпускается широкий ассортимент транзисторов на токи десятки - тысячи ампер и напряжение до 2 – 2.5 кВ. Однако для управления требуются значительные базовые токи, значительная мощность схемы управления. Гальваническую развязку схемы управления обычно выполняют на трансформаторах, что не позволяет использовать интегральную технологию.
Мощные МОП транзисторы появились позже мощных биполярных транзисторов и интенсивно потеснили их из области силовой техники. По энергетическим характеристикам они не уступают инжекционным ключам; предельные токи до 1000 – 2000А, допустимое напряжение до 2500 В. Входные токи и мощность управления в статическом режиме у них пренебрежимо малы, но в динамическом режиме требуются значительные токи для перезарядки емкости затвора. В целом, мощность управления требуется меньше, чем для управления биполярными ключами. На МОП ключах реализована схема управления с фотогальванической развязкой, интегрированная с силовым элементом. Падение напряжения на открытом МОП - ключе обусловлено лишь омическим сопротивлением канала (может достигать тысячных долей Ома); отсутствует остаточное напряжение, характерное для биполярных транзисторов. Мощность, рассеиваемая на МОП ключе меньше, чем на биполярном при одинаковой мощности нагрузки. Однако МОП ключи более чувствительны к перегрузкам, требуют применения достаточно развитых средств защиты, что удорожает прибор.
Для коммутации больших напряжений и больших мощностей все шире начинают использоваться комбинированные приборы, реализованные на одном кристалле, когда входная цепь ключа выполнена по МОП технологии, а силовая часть на основе биполярного транзистора. Такие приборы получили название IGBT - биполярный транзистор с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistors) и сочетают достоинства МОП и биполярных ключей. Они несколько уступают биполярным ключам по быстродействию, но позволяют интегрировать драйвер управления и схемы защиты с силовой частью. Пока стоимость их также выше.
В последнее время появились, так называемые, "интеллектуальные" транзисторные модули (Smart Power Switches), содержат кроме схемы управления также "интеллектуальные" устройства защиты от перегрузки по току, напряжению, перегреву, системы диагностирования аварийных явлений.
