Chip IR2103STRPBF do motorista IC dos componentes eletrônicos da cotação BOM

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Drivers de portão

Um driver de porta é um amplificador de potência que aceita uma entrada de baixa potência de um IC controlador e produz uma entrada de acionamento de alta corrente para a porta de um transistor de alta potência, como um IGBT ou MOSFET de potência.Gate drivers podem ser fornecidos no chip ou como um módulo discreto.Em essência, um gate driver consiste em um deslocador de nível em combinação com um amplificador.Um IC driver de porta serve como interface entre sinais de controle (controladores digitais ou analógicos) e interruptores de energia (IGBTs, MOSFETs, SiC MOSFETs e GaN HEMTs).Uma solução de gate-driver integrada reduz a complexidade do projeto, o tempo de desenvolvimento, a lista de materiais (BOM) e o espaço da placa, ao mesmo tempo que melhora a confiabilidade em relação às soluções de gate-drive implementadas discretamente.

História

Em 1989, a International Rectifier (IR) introduziu o primeiro produto de driver de porta HVIC monolítico, a tecnologia de circuito integrado de alta tensão (HVIC) usa estruturas monolíticas patenteadas e proprietárias integrando dispositivos bipolares, CMOS e DMOS laterais com tensões de ruptura acima de 700 V e 1400 V para tensões operacionais de offset de 600 V e 1200 V.[2]

Usando esta tecnologia HVIC de sinal misto, tanto circuitos de mudança de nível de alta tensão quanto circuitos analógicos e digitais de baixa tensão podem ser implementados.Com a capacidade de colocar circuitos de alta tensão (em um 'poço' formado por anéis de polissilício), que podem 'flutuar' 600 V ou 1200 V, no mesmo silício distante do resto do circuito de baixa tensão, lado de alta MOSFETs ou IGBTs de potência existem em muitas topologias de circuitos off-line populares, como buck, boost síncrono, meia ponte, ponte completa e trifásico.Os gate drivers HVIC com interruptores flutuantes são adequados para topologias que exigem configurações de lado alto, meia ponte e trifásicas.[3]

Propósito

Em contraste comtransistores bipolares, os MOSFETs não requerem entrada de energia constante, desde que não estejam sendo ligados ou desligados.O eletrodo de porta isolado do MOSFET forma umcapacitor(capacitor de porta), que deve ser carregado ou descarregado cada vez que o MOSFET é ligado ou desligado.Como um transistor requer uma tensão de porta específica para ser ligado, o capacitor de porta deve ser carregado pelo menos até a tensão de porta necessária para que o transistor seja ligado.Da mesma forma, para desligar o transistor, esta carga deve ser dissipada, ou seja, o capacitor da porta deve ser descarregado.

Quando um transistor é ligado ou desligado, ele não muda imediatamente de um estado não condutor para um estado condutor;e pode suportar transitoriamente uma alta tensão e conduzir uma alta corrente.Conseqüentemente, quando a corrente de porta é aplicada a um transistor para fazer com que ele comute, é gerada uma certa quantidade de calor que pode, em alguns casos, ser suficiente para destruir o transistor.Portanto, é necessário manter o tempo de comutação o mais curto possível, de modo a minimizarperda de comutação[de].Os tempos de comutação típicos estão na faixa de microssegundos.O tempo de comutação de um transistor é inversamente proporcional à quantidade deatualusado para carregar o portão.Portanto, correntes de comutação são frequentemente necessárias na faixa de várias centenasmiliamperes, ou mesmo na faixa deamperes.Para tensões de porta típicas de aproximadamente 10-15 V, várioswattsde energia pode ser necessária para acionar o switch.Quando grandes correntes são comutadas em altas frequências, por exemplo, emConversores DC para DCou grandemotores elétricos, às vezes são fornecidos vários transistores em paralelo, de modo a fornecer correntes de comutação e potência de comutação suficientemente altas.

O sinal de comutação para um transistor é geralmente gerado por um circuito lógico ou ummicrocontrolador, que fornece um sinal de saída que normalmente é limitado a alguns miliamperes de corrente.Conseqüentemente, um transistor que é diretamente acionado por tal sinal comutaria muito lentamente, com correspondentemente alta perda de potência.Durante a comutação, o capacitor de porta do transistor pode consumir corrente tão rapidamente que causa um consumo excessivo de corrente no circuito lógico ou microcontrolador, causando superaquecimento que leva a danos permanentes ou até mesmo à destruição completa do chip.Para evitar que isso aconteça, um gate driver é fornecido entre o sinal de saída do microcontrolador e o transistor de potência.

Bombas de cargasão frequentemente usados ​​emPontes Hem drivers laterais altos para portão que aciona o canal n do lado altoMOSFETs de potênciaeIGBTs.Esses dispositivos são usados ​​devido ao seu bom desempenho, mas requerem uma tensão de acionamento do portão alguns volts acima do barramento de alimentação.Quando o centro de uma meia ponte fica baixo, o capacitor é carregado por meio de um diodo, e essa carga é usada para posteriormente acionar a porta da porta FET do lado alto alguns volts acima da tensão da fonte ou do pino emissor, de modo a ligá-la.Esta estratégia funciona bem desde que a ponte seja comutada regularmente e evita a complexidade de ter que operar uma fonte de alimentação separada e permite que dispositivos de canal n mais eficientes sejam usados ​​para comutadores altos e baixos.