Como Escolher um CI Driver de Porta

Hoje em dia, os transistores vêm em todas as formas e tamanhos, seja integrados em uma CPU ou disponíveis como componentes discretos. Qualquer transistor requer uma certa corrente para alternar entre os estados LIGADO e DESLIGADO, permitindo assim que a corrente flua através do dispositivo. Transistores maiores, tanto fisicamente quanto em termos de saída de corrente, requerem mais energia para a comutação. Essa energia pode ser fornecida por um CI de driver de porta, que é especializado em fornecer um buffer entre um controlador e um transistor de potência.

Nem todas as aplicações precisarão de um CI de driver de porta. Aplicações de alta frequência podem incluir um circuito de driver de porta otimizado dentro de um transceptor ou outro componente de RF para fornecer a energia necessária para a comutação de um amplificador de transistor, incluindo em amplificadores de potência RF. Esses componentes são uma parte integral dos sistemas de potência, pois fornecem a energia de comutação necessária enquanto também protegem outros componentes críticos. Veja como esses componentes funcionam e como escolher um CI de driver de porta.

Por Que Usar um CI de Driver de Porta?

Como mencionado acima, um CI de driver de porta fornece alta corrente a um transistor de alta potência, como um IGBT ou um MOSFET, para conduzi-lo totalmente ao estado de condução. Esses componentes recebem uma entrada de baixa potência de outro componente, como um MCU ou outro CI controlador. Dessa forma, o CI de driver de porta atua como um buffer entre o MCU e o transistor. A disposição típica para um CI de driver de porta em uma cadeia de sinal é mostrada abaixo.

Cadeia de sinal para um CI de driver de porta

Embora o propósito básico de um driver de porta seja atuar como um amplificador para conduzir um grande transistor, há uma razão mais profunda para o uso de um CI de driver de porta especializado para comutação. Os objetivos principais ao usar um CI de driver de porta especializado são:

1. Reduzir as perdas de comutação no transistor de carga

2. Diminuir o tempo de comutação do transistor de carga

3. Conduzir o transistor completamente para o estado condutivo/não-condutivo

Um terceiro objetivo, que não é fornecido por todos os drivers de porta, é fornecer isolamento entre a carga e o controlador. Isso é fornecido por um pequeno transformador interno no driver de porta; tais componentes são chamados de drivers de porta isolados.

Todos os transistores têm alguma capacitância não linear, ou seja, agem como varactores. Quando o transistor de carga é comutado, alguma carga permanece na região do gate que mantém o canal em seu estado atual não condutor ou condutor. Uma vez que outro pulso de corrente é aplicado, um alto calor pode ser gerado no transistor se o sinal de comutação for lento ou operar com baixa corrente. Aplicar o sinal de comutação com maior corrente proporciona uma comutação mais rápida entre estados com menos perda.

A disposição mostrada acima e a necessidade de modulação completa e rápida de transistores de alta potência tornam um CI de driver de porta importante em qualquer aplicação onde uma carga de alta potência requer comutação e modulação completas. Se fôssemos fazer isso com um MCU, a grande corrente puxada do MCU poderia causá-lo a superaquecer e falhar, portanto a necessidade de um driver de porta. Três aplicações típicas estão em conversores DC-DC de comutação, inversores de potência e circuitos de driver de motor.

Conversão DC-DC

Uma vez que o driver de porta recebe uma entrada do controlador, ele fornece alta corrente a um único transistor, ou múltiplos transistores em paralelo. Note que um arranjo paralelo de transistores é comum, particularmente com IGBTs ou MOSFETs, em conversores DC-DC de comutação com alta saída de corrente. Esse tipo de sistema é necessário quando um conjunto de grandes transistores requer vários amperes de corrente para comutar completamente para o estado de condução, o que é típico em conversores de alta potência.

Em termos de colocação na cadeia de sinal, o driver de porta ficará dentro de um loop de feedback, como mostrado na imagem abaixo. Um MCU pode ser usado para implementar um algoritmo de controle simples para fornecer uma saída de tensão estável, ou pode ser usado para mudar a tensão de saída em resposta à entrada do usuário. No caso em que uma regulação de corrente alta é desejada do conversor, um amplificador de detecção de corrente pode ser usado no loop de feedback antes do MCU/driver PWM, pois isso fornece uma medição de corrente precisa para uso em um algoritmo de controle.

Um CI de driver de porta em um loop de feedback para conversão DC-DC.

Inversores de Potência

Isso está relacionado à conversão DC-DC, embora agora estejamos comutando continuamente para produzir uma forma de onda oscilante. Drivers de porta isolados são necessários nesta aplicação para isolar a fonte DC e o controlador do lado de saída. Lógica inversora é usada no lado da carga, enquanto o driver de porta é fornecido com uma forma de onda osciladora de baixa corrente.

Circuitos de Driver de Motor

Esta aplicação principal envolve um transistor sendo acionado com um sinal PWM. Neste caso, o driver de porta recebe um sinal PWM e fornece uma versão amplificada de alta corrente do sinal PWM. Isso é então enviado a um arranjo de transistores para acionar um motor. Exemplos incluem acionamento de motores de passo e motores com escovas. Drivers de porta isolados são normalmente usados nesta aplicação, pois aparecem entre o MCU/controlador e o motor no lado de saída.

Especificações Importantes do Driver de Porta

A corrente de saída é a especificação mais importante que você precisará observar, e esta especificação deve ser comparada com as especificações dos seus transistores. Aqui estão algumas outras especificações importantes que você deve examinar ao selecionar um CI de driver de porta:

• Tipo de driver de porta. Existem quatro tipos de drivers de porta:

• • High-side: São usados para acionar transistores de potência que estão conectados a um trilho de alimentação positivo sem conexão de referência à terra.

  • Low-side: São usados para acionar transistores que estão conectados a um trilho de alimentação negativo sem conexão de referência.

  • Meia-ponte: Estes componentes contêm circuitos de driver de lado baixo e de lado alto, tornando-os mais flexíveis.

  • Trifásico: Estes drivers de porta são usados em sistemas trifásicos.

• Tempo de subida e descida. Isso é importante para reduzir as perdas por comutação. Em particular, a comutação com tempos de subida/descida mais rápidos garantirá menores perdas por comutação no transistor.

• Frequência máxima. Isso é importante nas três aplicações acima.

• Classificação de temperatura. Como esses componentes operam em alta potência, eles podem precisar de um dissipador de calor para resfriamento.

O driver de porta FAN73912MX da ON Semiconductor é um exemplo de um componente de alta potência que pode ser conectado em configuração de meia ponte. O circuito de aplicação mostrado abaixo ilustra como um driver de porta de alta potência pode ser integrado com um controlador em um sistema de alta tensão.

Circuito de aplicação do driver de porta FAN73912MX. Do datasheet do FAN73912MX.

Quando você estiver procurando por componentes de eletrônica de potência, incluindo transistores e opções de IC driver de porta, tente usar os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart. Você terá acesso a um extenso motor de busca com dados de distribuidores e especificações de peças, tudo isso acessível em uma interface amigável. Confira nossa página de circuitos integrados de gerenciamento de potência para encontrar os componentes que você precisa para conversão, condicionamento e gerenciamento de potência.

Mantenha-se atualizado com nossos últimos artigos ao inscrever-se em nossa newsletter.