Wycena BOM Układ scalony sterownika podzespołów elektronicznych IR2103STRPBF

Cechy produktu

Dokumenty i multimedia

Klasyfikacje środowiskowe i eksportowe

Sterowniki bram

Sterownik bramki to wzmacniacz mocy, który przyjmuje sygnał wejściowy o małej mocy z układu scalonego sterownika i wytwarza wysokoprądowy sygnał wejściowy sterujący dla bramki tranzystora dużej mocy, takiego jak IGBT lub MOSFET mocy.Sterowniki bramek mogą być dostarczane w układzie scalonym lub jako moduł dyskretny.Zasadniczo sterownik bramki składa się z przesuwnika poziomu w połączeniu ze wzmacniaczem.Układ scalony sterownika bramki służy jako interfejs pomiędzy sygnałami sterującymi (sterowniki cyfrowe lub analogowe) a przełącznikami mocy (IGBT, MOSFET, SiC MOSFET i GaN HEMT).Zintegrowane rozwiązanie sterownika bramki zmniejsza złożoność projektu, czas opracowywania, zestawienie komponentów (BOM) i miejsce na płycie, jednocześnie poprawiając niezawodność w porównaniu z dyskretnie wdrażanymi rozwiązaniami napędu bramki.

Historia

W 1989 roku firma International Rectifier (IR) wprowadziła pierwszy monolityczny sterownik bramki HVIC. Technologia wysokonapięciowego układu scalonego (HVIC) wykorzystuje opatentowane i zastrzeżone struktury monolityczne integrujące urządzenia bipolarne, CMOS i boczne DMOS o napięciach przebicia powyżej 700 V i 1400 V dla roboczych napięć offsetowych 600 V i 1200 V.[2]

Korzystając z technologii HVIC o mieszanym sygnale, można wdrożyć zarówno obwody przesunięcia poziomu wysokiego napięcia, jak i obwody analogowe i cyfrowe niskiego napięcia.Dzięki możliwości umieszczenia obwodów wysokiego napięcia (w „studni” utworzonej przez pierścienie polikrzemowe), które mogą „unosić” napięcie 600 V lub 1200 V na tym samym krzemie z dala od reszty obwodów niskiego napięcia, strona wysokonapięciowa Tranzystory MOSFET mocy lub IGBT występują w wielu popularnych topologiach obwodów off-line, takich jak buck, synchroniczne wzmocnienie, półmostek, pełny mostek i trójfazowy.Sterowniki bramek HVIC z przełącznikami pływającymi doskonale nadają się do topologii wymagających konfiguracji strony wysokonapięciowej, półmostkowej i trójfazowej.[3]

Zamiar

W odróżnieniutranzystory bipolarne, MOSFETy nie wymagają stałego poboru mocy, o ile nie są włączane ani wyłączane.Izolowana bramka-elektroda tranzystora MOSFET tworzy akondensator(kondensator bramkowy), który musi być ładowany lub rozładowywany przy każdym włączeniu lub wyłączeniu MOSFET-u.Ponieważ tranzystor wymaga do włączenia określonego napięcia bramki, kondensator bramki musi być naładowany co najmniej do wymaganego napięcia bramki, aby tranzystor mógł zostać włączony.Podobnie, aby wyłączyć tranzystor, ładunek ten musi zostać rozproszony, czyli kondensator bramki musi zostać rozładowany.

Kiedy tranzystor jest włączany lub wyłączany, nie przechodzi on natychmiast ze stanu nieprzewodzącego do stanu przewodzącego;i może przejściowo utrzymywać zarówno wysokie napięcie, jak i przewodzić wysoki prąd.W rezultacie, gdy do tranzystora zostanie przyłożony prąd bramki, powodując jego przełączenie, generowana jest pewna ilość ciepła, która w niektórych przypadkach może wystarczyć do zniszczenia tranzystora.Dlatego konieczne jest, aby czas przełączania był jak najkrótszy, aby go zminimalizowaćstrata przełączania[de]Typowe czasy przełączania mieszczą się w zakresie mikrosekund.Czas przełączania tranzystora jest odwrotnie proporcjonalny do ilościaktualnyużywany do ładowania bramy.Dlatego często wymagane są prądy przełączające w zakresie kilkusetmiliamperylub nawet w zakresieampery.Dla typowych napięć bramki około 10-15 V, kilkawatyDo napędzania przełącznika może być wymagana moc.Kiedy duże prądy są przełączane przy wysokich częstotliwościach, npPrzetwornice DC-DClub dużysilniki elektryczne, czasami stosuje się wiele tranzystorów równolegle, aby zapewnić wystarczająco wysokie prądy przełączania i moc przełączania.

Sygnał przełączający dla tranzystora jest zwykle generowany przez obwód logiczny lub amikrokontroler, który zapewnia sygnał wyjściowy, który zwykle jest ograniczony do kilku miliamperów prądu.W rezultacie tranzystor bezpośrednio sterowany takim sygnałem przełączałby się bardzo wolno, co wiązałoby się z odpowiednio dużymi stratami mocy.Podczas przełączania kondensator bramkowy tranzystora może pobierać prąd tak szybko, że powoduje to przeciążenie prądu w obwodzie logicznym lub mikrokontrolerze, powodując przegrzanie, które prowadzi do trwałego uszkodzenia lub nawet całkowitego zniszczenia chipa.Aby temu zapobiec, pomiędzy sygnałem wyjściowym mikrokontrolera a tranzystorem mocy znajduje się sterownik bramki.

Pompy ładującesą często stosowaneMosty Hw sterownikach strony wysokiej do sterowania bramką kanału n strony wysokiejmocy MOSFETIIGBT.Urządzenia te są używane ze względu na ich dobrą wydajność, ale wymagają napięcia sterującego bramką o kilka woltów powyżej szyny zasilającej.Kiedy środek półmostka spada, kondensator jest ładowany przez diodę, a ładunek ten jest wykorzystywany do późniejszego wysterowania bramki bramki FET po stronie wysokiego napięcia o kilka woltów powyżej napięcia źródła lub emitera, aby go włączyć.Strategia ta sprawdza się dobrze pod warunkiem, że mostek jest regularnie przełączany i pozwala uniknąć konieczności stosowania oddzielnego zasilacza oraz pozwala na użycie bardziej wydajnych urządzeń n-kanałowych zarówno dla przełączników wysokiego, jak i niskiego poziomu.