Nuovo gate driver IGBT isolato di Analog Devices per alimentatori e inverter fotovoltaici

ADuM4137, che incorpora il rilevamento dei guasti e può anche pilotare MOSFET, è destinato ad inverter fotovoltaici, circuiti di alimentazione e applicazioni di controllo motori.

Spesso pensiamo ai transistor come appartenenti a una delle due categorie: giunzione bipolare o effetto di campo. Questi dispositivi sono sicuramente i più comuni, ma non bisogna dimenticare il transistor che è essenzialmente un ibrido tra il BJT e il FET: il transistor bipolare a gate isolato (IGBT).

Gli IGBT sono utili nelle applicazioni di commutazione ad alta potenza. Poiché il gate è isolato, richiede una corrente di ingresso sostanzialmente pari a zero e quindi la porzione BJT del dispositivo fornisce un percorso per la corrente di carico. Puoi leggere ulteriori informazioni sugli IGBT nel libro di testo AAC.

I vantaggi associati a un cancello isolato sono, non a caso, accompagnati da uno svantaggio. Il gate di un MOSFET o di un IGBT ha una struttura capacitiva e questa capacità deve essere caricata e scaricata ogni volta che il dispositivo viene acceso o spento.

Le applicazioni ad alta corrente richiedono transistor fisicamente più grandi e questo porta a una capacità di gate più elevata. Se vi siete mai chiesti perché esistono i circuiti integrati gate-driver, questo è il primo motivo. Un tipico stadio di uscita digitale a bassa tensione non è progettato per fornire rapidamente grandi quantità di carica al gate di un IGBT o MOSFET. L'erogazione lenta della carica comporta una commutazione lenta, ed è per questo che spesso è vantaggioso utilizzare un tipico segnale a bassa tensione per controllare un gate driver, e quindi il gate driver pilota il transistor.

I gate driver ci aiutano anche a superare le complicazioni associate allo spostamento del potenziale di riferimento. Il controllo di un MOSFET o IGBT è abbastanza semplice nelle configurazioni del circuito low-side, ovvero quando la sorgente o l'emettitore è collegato direttamente a terra. La tensione di gate fa riferimento alla tensione della sorgente o dell'emettitore, che è sempre 0 V.

Nelle applicazioni high-side, tuttavia, la tensione della sorgente o dell'emettitore varia a seconda dello stato del circuito e la tensione di gate deve essere regolata di conseguenza. Ciò può essere particolarmente complicato quando viene utilizzato un circuito di pilotaggio (come un mezzo ponte) per commutare la tensione più alta disponibile nel sistema. Quando il transistor high-side è acceso, la tensione di sorgente o di emettitore è appena inferiore alla tensione di alimentazione, il che significa che la tensione di alimentazione non può controllare direttamente il gate del transistor.

L'ADuM4137 risolve il problema dell'azionamento del cancello high-side mediante isolamento galvanico. L'isolamento elettrico tra l'interfaccia di ingresso e il circuito di commutazione ad alta potenza consente al dispositivo di spostare il livello dei segnali di ingresso in base al potenziale variabile della sorgente high-side o del nodo emettitore. (Questo isolamento è anche una caratteristica di sicurezza, perché protegge i circuiti a bassa tensione e gli esseri umani da condizioni pericolose associate a guasti che potrebbero verificarsi nella parte ad alta potenza del sistema.)

Forse la forma di isolamento più familiare è basata sulla trasmissione ottica, ma Analog Devices preferisce l'accoppiamento magnetico. L'ADuM4137 utilizza la tecnologia iCoupler insieme alla codifica della codifica on-off, come mostrato nello schema seguente.

L'architettura interna dell'ADuM4137 ricorda bene l'impressionante complessità spesso nascosta all'interno di un pacchetto IC.

L'ADuM4137 fornisce una corrente di pilotaggio massima di 6 A; questa corrente di uscita molto elevata aiuta ad accendere rapidamente l'IGBT. Il dispositivo include anche un transistor di spegnimento a bassa resistenza che funziona come percorso di scarica per il gate. I ritardi di propagazione interna sia per il fronte di salita che per quello di discesa sono di circa 100 ns, e i grafici seguenti forniscono un esempio delle caratteristiche complessive di accensione e spegnimento per un carico capacitivo di 100 nF.

Ti sei imbattuto in applicazioni in cui un IGBT è chiaramente superiore a un MOSFET o BJT? Fatecelo sapere nella sezione commenti qui sotto.