Nabídka kusovníku IC čip ovladače elektronických součástí IR2103STRPBF

Vlastnosti produktu

Dokumenty a média

Environmentální a exportní klasifikace

Ovladače brány

Hradlový ovladač je výkonový zesilovač, který přijímá nízkopříkonový vstup z řadiče IC a vytváří vysokoproudý budicí vstup pro hradlo vysokovýkonového tranzistoru, jako je IGBT nebo výkonový MOSFET.Ovladače brány mohou být poskytovány buď na čipu nebo jako diskrétní modul.V podstatě se hradlový ovladač skládá z řadiče úrovně v kombinaci se zesilovačem.Brána IC slouží jako rozhraní mezi řídicími signály (digitální nebo analogové ovladače) a výkonovými spínači (IGBT, MOSFET, SiC MOSFET a GaN HEMT).Integrované řešení gate-driveru snižuje složitost návrhu, vývojový čas, kusovník (BOM) a prostor na desce a zároveň zlepšuje spolehlivost oproti diskrétně implementovaným řešením gate-drive.

Dějiny

V roce 1989 představil International Rectifier (IR) první monolitický HVIC hradlový ovladač, technologie vysokonapěťových integrovaných obvodů (HVIC) využívá patentované a proprietární monolitické struktury integrující bipolární, CMOS a laterální DMOS zařízení s průrazným napětím nad 700 V a 1400 V pro provozní offsetová napětí 600 V a 1200 V.[2]

Pomocí této technologie HVIC se smíšeným signálem lze implementovat jak vysokonapěťové obvody pro posun úrovně, tak nízkonapěťové analogové a digitální obvody.Se schopností umístit vysokonapěťové obvody (v „jamce“ tvořené polysilikonovými kroužky), které mohou „plavat“ 600 V nebo 1200 V, na stejném křemíku daleko od zbytku nízkonapěťových obvodů, na straně vysokého napětí výkonové MOSFETy nebo IGBT existují v mnoha populárních topologiích off-line obvodů, jako je buck, synchronní boost, poloviční můstek, plný můstek a třífázový.HVIC hradlové ovladače s plovoucími spínači jsou vhodné pro topologie vyžadující high-side, half-bridge a třífázové konfigurace.[3]

Účel

Na rozdíl odbipolární tranzistory, MOSFETy nevyžadují konstantní příkon, pokud nejsou zapínány nebo vypínány.Izolovaná hradlová elektroda MOSFET tvoří akondenzátor(hradlový kondenzátor), který se musí nabíjet nebo vybíjet při každém zapnutí nebo vypnutí MOSFETu.Protože tranzistor vyžaduje určité hradlové napětí, aby se zapnul, hradlový kondenzátor musí být nabit alespoň na požadované hradlové napětí pro zapnutí tranzistoru.Podobně pro vypnutí tranzistoru musí být tento náboj rozptýlen, tj. hradlový kondenzátor musí být vybit.

Když je tranzistor zapnut nebo vypnut, nepřejde okamžitě z nevodivého do vodivého stavu;a může přechodně podporovat jak vysoké napětí, tak vést vysoký proud.V důsledku toho, když je na tranzistor aplikován hradlový proud, aby způsobil jeho sepnutí, vzniká určité množství tepla, které může v některých případech stačit ke zničení tranzistoru.Proto je nutné udržovat spínací čas co nejkratší, aby se minimalizovalspínací ztráta[de].Typické spínací časy jsou v rozsahu mikrosekund.Doba sepnutí tranzistoru je nepřímo úměrná množstvíaktuálníslouží k nabíjení brány.Proto jsou často požadovány spínací proudy v rozsahu několika stovekmiliampérůnebo dokonce v rozsahuampérech.Pro typická napětí hradla přibližně 10-15V několikwattůK ovládání spínače může být zapotřebí energie.Při spínání velkých proudů na vysokých frekvencích, např. vDC-to-DC měničenebo velkéelektromotoryNěkdy je paralelně použito více tranzistorů, aby se zajistily dostatečně vysoké spínací proudy a spínací výkon.

Spínací signál pro tranzistor je obvykle generován logickým obvodem nebo amikrokontrolér, který poskytuje výstupní signál, který je obvykle omezen na několik miliampérů proudu.V důsledku toho by tranzistor, který je přímo řízen takovým signálem, spínal velmi pomalu, s odpovídajícím způsobem vysokou ztrátou výkonu.Při spínání může hradlový kondenzátor tranzistoru odebírat proud tak rychle, že způsobí přetížení proudu v logickém obvodu nebo mikrokontroléru, což způsobí přehřátí, které vede k trvalému poškození nebo dokonce úplnému zničení čipu.Aby se tomu zabránilo, je mezi výstupním signálem mikrokontroléru a výkonovým tranzistorem umístěn hradlový budič.

Nabíjecí pumpyse často používají vH-můstkyv ovladačích horní strany pro pohon brány n-kanál vysoké stranyvýkonové MOSFETyaIGBT.Tato zařízení se používají kvůli jejich dobrému výkonu, ale vyžadují napětí pohonu brány několik voltů nad napájecí kolejnicí.Když střed polovičního můstku klesne na nízkou úroveň, kondenzátor se nabije přes diodu a tento náboj se později použije k pohonu hradla vysoké strany FET brány o několik voltů nad napětím zdrojového nebo emitorového kolíku, aby se zapnulo.Tato strategie funguje dobře za předpokladu, že můstek je pravidelně přepínán a odstraňuje složitost nutnosti provozovat samostatný zdroj napájení a umožňuje použití účinnějších n-kanálových zařízení pro vysoké i nízké přepínače.