Preventivo distinta base Componenti elettronici Driver IC Chip IR2103STRPBF

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Driver del cancello

Un gate driver è un amplificatore di potenza che accetta un ingresso a bassa potenza da un circuito integrato del controller e produce un ingresso di pilotaggio ad alta corrente per il gate di un transistor ad alta potenza come un IGBT o un MOSFET di potenza.I gate driver possono essere forniti su chip o come modulo discreto.In sostanza, un gate driver è costituito da un traslatore di livello in combinazione con un amplificatore.Un CI gate driver funge da interfaccia tra i segnali di controllo (controller digitali o analogici) e gli interruttori di alimentazione (IGBT, MOSFET, MOSFET SiC e HEMT GaN).Una soluzione gate-driver integrata riduce la complessità della progettazione, i tempi di sviluppo, la distinta base (BOM) e lo spazio sulla scheda, migliorando al tempo stesso l'affidabilità rispetto alle soluzioni gate-drive implementate in modo discreto.

Storia

Nel 1989, International Rectifier (IR) ha introdotto il primo prodotto gate driver HVIC monolitico, la tecnologia del circuito integrato ad alta tensione (HVIC) utilizza strutture monolitiche brevettate e proprietarie che integrano dispositivi bipolari, CMOS e DMOS laterali con tensioni di rottura superiori a 700 V e 1400 V per tensioni di offset operative di 600 V e 1200 V.[2]

Utilizzando questa tecnologia HVIC a segnale misto, è possibile implementare sia circuiti di spostamento del livello ad alta tensione che circuiti analogici e digitali a bassa tensione.Grazie alla possibilità di posizionare i circuiti ad alta tensione (in un "pozzo" formato da anelli di polisilicio), che possono "galleggiare" a 600 V o 1200 V, sullo stesso silicio lontano dal resto dei circuiti a bassa tensione, high-side I MOSFET di potenza o gli IGBT esistono in molte topologie di circuiti off-line popolari come buck, boost sincrono, half-bridge, full-bridge e trifase.I gate driver HVIC con interruttori flottanti sono particolarmente adatti per topologie che richiedono configurazioni high-side, half-bridge e trifase.[3]

Scopo

In contrasto contransistor bipolari, i MOSFET non richiedono un apporto di potenza costante, finché non vengono accesi o spenti.L'elettrodo di gate isolato del MOSFET forma acondensatore(condensatore di gate), che deve essere caricato o scaricato ogni volta che il MOSFET viene acceso o spento.Poiché un transistor richiede una particolare tensione di gate per accendersi, il condensatore di gate deve essere caricato almeno alla tensione di gate richiesta affinché il transistor venga acceso.Allo stesso modo, per spegnere il transistor, questa carica deve essere dissipata, cioè il condensatore di gate deve essere scaricato.

Quando un transistor viene acceso o spento, non passa immediatamente dallo stato non conduttivo a quello conduttivo;e può supportare temporaneamente sia un'alta tensione che condurre un'alta corrente.Di conseguenza, quando la corrente di gate viene applicata a un transistor per provocarne la commutazione, viene generata una certa quantità di calore che, in alcuni casi, può essere sufficiente a distruggere il transistor.Pertanto è necessario mantenere il tempo di commutazione il più breve possibile, in modo da minimizzarloperdita di commutazione[de].I tempi di commutazione tipici sono nell'ordine dei microsecondi.Il tempo di commutazione di un transistor è inversamente proporzionale alla quantità diattualeutilizzato per caricare il cancello.Pertanto, sono spesso necessarie correnti di commutazione dell'ordine di diverse centinaiamilliampere, o anche nell'intervallo diampere.Per tensioni di gate tipiche di circa 10-15 V, diversiwattpotrebbe essere necessaria una certa quantità di energia per azionare l'interruttore.Quando grandi correnti vengono commutate ad alte frequenze, ad esConvertitori CC-CCo grandemotori elettrici, più transistor sono talvolta forniti in parallelo, in modo da fornire correnti di commutazione e potenza di commutazione sufficientemente elevate.

Il segnale di commutazione per un transistor è solitamente generato da un circuito logico o da unmicrocontrollore, che fornisce un segnale di uscita che in genere è limitato a pochi milliampere di corrente.Di conseguenza, un transistor pilotato direttamente da un tale segnale commuterebbe molto lentamente, con una perdita di potenza corrispondentemente elevata.Durante la commutazione, il condensatore di gate del transistor può assorbire corrente così rapidamente da provocare un sovraccarico di corrente nel circuito logico o nel microcontrollore, provocando un surriscaldamento che porta a danni permanenti o addirittura alla completa distruzione del chip.Per evitare che ciò accada, è previsto un gate driver tra il segnale di uscita del microcontrollore e il transistor di potenza.

Pompe di caricasono spesso utilizzati inPonti Hnei driver del lato alto per il gate che pilota il canale n del lato altoMOSFET di potenzaEIGBT.Questi dispositivi vengono utilizzati per le loro buone prestazioni, ma richiedono una tensione di pilotaggio del gate di pochi volt sopra la barra di alimentazione.Quando il centro di un mezzo ponte si abbassa, il condensatore viene caricato tramite un diodo e questa carica viene utilizzata per pilotare successivamente il gate del gate FET sul lato alto alcuni volt sopra la tensione del pin sorgente o emettitore in modo da accenderlo.Questa strategia funziona bene a condizione che il bridge venga commutato regolarmente ed evita la complessità di dover utilizzare un alimentatore separato e consente di utilizzare i dispositivi a canale n più efficienti per commutazioni sia alte che basse.