Как выбрать микросхему драйвера затвора

В наши дни транзисторы бывают самых разных форм и размеров, будь то интеграция в процессор или использование в качестве дискретных компонентов. Любой транзистор требует определённого тока для переключения между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ, что позволяет току течь через устройство. Большие транзисторы, как с точки зрения физических размеров, так и по объёму выходного тока, требуют больше энергии для переключения. Эту энергию может обеспечить микросхема драйвера затвора, которая специализируется на предоставлении буфера между контроллером и мощным транзистором.

Не во всех приложениях необходима микросхема драйвера затвора. Приложения с высокой частотой могут включать в себя оптимизированную схему драйвера затвора внутри приёмопередатчика или другого компонента РЧ для обеспечения необходимой мощности для переключения транзисторного усилителя, включая РЧ мощные усилители. Эти компоненты являются неотъемлемой частью энергетических систем, поскольку они обеспечивают необходимую мощность переключения, а также защищают другие критически важные компоненты. Вот как работают эти компоненты и как выбрать микросхему драйвера затвора.

Зачем использовать микросхему драйвера затвора?

Как было упомянуто выше, микросхема драйвера затвора обеспечивает высокий ток для мощного транзистора, такого как IGBT или MOSFET, чтобы полностью включить его в проводящее состояние. Эти компоненты получают входной сигнал низкой мощности от другого компонента, такого как MCU или другая микросхема контроллера. Таким образом, микросхема драйвера затвора действует как буфер между MCU и транзистором. Типичная схема подключения микросхемы драйвера затвора в цепи сигнала показана ниже.

Схема подключения микросхемы драйвера затвора

Хотя основная цель драйвера затвора заключается в том, чтобы действовать как усилитель для управления большим транзистором, есть более глубокая причина использования специализированной микросхемы драйвера затвора для переключения. Основные цели использования специализированной микросхемы драйвера затвора:

1. Уменьшение потерь при переключении в нагрузочном транзисторе

2. Сокращение времени переключения нагрузочного транзистора

3. Полное включение транзистора в проводящее/непроводящее состояние

Третья цель, которая не обеспечивается всеми драйверами затвора, заключается в обеспечении изоляции между нагрузкой и контроллером. Это обеспечивается маленьким внутренним трансформатором в драйвере затвора; такие компоненты называются изолированными драйверами затвора.

Все транзисторы имеют некоторую нелинейную ёмкость, т.е. они действуют как варикапы. Когда нагрузочный транзистор переключается, на области затвора остаётся некоторый заряд, который сохраняет канал в его текущем непроводящем или проводящем состоянии. При применении другого импульса тока высокая температура может быть генерирована в транзисторе, если сигнал переключения медленный или работает при низком токе. Применение сигнала переключения при более высоком токе обеспечивает более быстрое переключение между состояниями с меньшими потерями.

Показанная выше схема и необходимость полной, быстрой модуляции мощных транзисторов делают микросхему драйвера затвора важной в любом приложении, где требуется полное переключение и модуляция мощной нагрузки. Если бы мы делали это с помощью МКУ, большой ток, потребляемый от МКУ, мог бы привести к его перегреву и выходу из строя, отсюда и необходимость в драйвере затвора. Три типичных применения находятся в коммутируемых DC-DC преобразователях, инверторах мощности и схемах управления двигателями.

Преобразование DC-DC

Как только драйвер затвора получает входной сигнал от контроллера, он выдает высокий ток на один транзистор или несколько транзисторов, соединенных параллельно. Обратите внимание, что параллельное соединение транзисторов является обычным, особенно с IGBT или MOSFET, в коммутируемых DC-DC преобразователях с высоким выходным током. Такая система необходима, когда массив больших транзисторов требует несколько ампер тока для полного переключения в проводящее состояние, что типично для мощных преобразователей.

С точки зрения размещения в цепи сигнала, драйвер затвора будет находиться внутри обратной связи, как показано на изображении ниже. МКУ может использоваться для реализации простого алгоритма управления для обеспечения стабильного выходного напряжения, или он может использоваться для изменения выходного напряжения в ответ на ввод пользователя. В случае, когда от преобразователя требуется высокая регулировка тока, в обратной связи перед МКУ/драйвером ШИМ может использоваться усилитель измерения тока, так как это дает точное измерение тока для использования в алгоритме управления.

Микросхема драйвера затвора в обратной связи для преобразования DC-DC.

Инверторы мощности

Это связано с преобразованием DC-DC, хотя теперь мы непрерывно переключаемся для создания колеблющейся волны. В этом приложении необходимы изолированные драйверы затвора для изоляции источника постоянного тока и контроллера от выходной стороны. На стороне нагрузки используется инвертирующая логика, в то время как драйвер затвора снабжается низкотоковой осцилляторной волной.

Схемы управления двигателями

Это принципиальное применение включает в себя управление транзистором с помощью сигнала ШИМ. В этом случае драйвер затвора получает сигнал ШИМ и выдает усиленную, высокотоковую версию сигнала ШИМ. Затем это посылается на массив транзисторов для управления двигателем. Примеры включают управление шаговыми двигателями и щеточными двигателями. В этом приложении обычно используются изолированные драйверы затвора, так как они располагаются между МКУ/контроллером и двигателем на выходной стороне.

Важные характеристики драйвера затвора

Выходной ток является самой важной характеристикой, на которую вам нужно обратить внимание, и эту характеристику следует сравнивать со спецификациями ваших транзисторов. Вот некоторые другие важные характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе микросхемы драйвера затвора:

• Тип драйвера затвора. Существует четыре типа драйверов затвора:

• • Высоковольтный: Используются для управления силовыми транзисторами, подключенными к положительной шине питания без соединения с землей.

  • Низковольтный: Используются для управления транзисторами, подключенными к отрицательной шине питания без опорного соединения.

  • Полумостовой: Эти компоненты содержат схемы драйверов низкой и высокой стороны, что делает их более гибкими.

  • Трехфазный: Эти драйверы затворов используются в трехфазных системах.

• Время нарастания и спада. Это важно для снижения потерь на коммутацию. В частности, коммутация с более быстрым временем нарастания/спада обеспечивает меньшие потери на коммутацию в транзисторе.

• Макс. частота. Это важно во всех трех вышеупомянутых приложениях.

• Температурный рейтинг. Поскольку эти компоненты работают при высокой мощности, им может потребоваться радиатор для охлаждения.

Драйвер затвора FAN73912MX от ON Semiconductor является одним из примеров высокомощного компонента, который может быть подключен в полумостовой конфигурации. Ниже показана схема приложения, иллюстрирующая, как высокомощный драйвер затвора может быть интегрирован с контроллером в системе высокого напряжения.

Схема применения драйвера затвора FAN73912MX. Из технического описания FAN73912MX.

Когда вы ищете компоненты силовой электроники, включая транзисторы и опции драйверов затвора, попробуйте использовать расширенный поиск и функции фильтрации на Octopart. Вы получите доступ к обширному поисковому движку с данными дистрибьюторов и спецификациями компонентов, все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу интегрированных схем управления питанием, чтобы найти компоненты, необходимые для преобразования, кондиционирования и управления питанием.

Оставайтесь на связи с нашими последними статьями, подписавшись на нашу рассылку.