Cenová ponuka pre elektronické komponenty IC čip ovládača IR2103STRPBF

Vlastnosti produktu

Dokumenty a médiá

Environmentálne a exportné klasifikácie

Ovládače brány

Ovládač brány je výkonový zosilňovač, ktorý prijíma nízkonapäťový vstup z riadiaceho IC a vytvára vysokoprúdový budiaci vstup pre hradlo vysokovýkonného tranzistora, ako je IGBT alebo výkonový MOSFET.Ovládače brány môžu byť poskytnuté buď na čipe alebo ako samostatný modul.Ovládač brány sa v podstate skladá z meniča úrovne v kombinácii so zosilňovačom.Brána IC slúži ako rozhranie medzi riadiacimi signálmi (digitálne alebo analógové ovládače) a výkonovými spínačmi (IGBT, MOSFET, SiC MOSFET a GaN HEMT).Integrované riešenie pohonu brány znižuje zložitosť návrhu, čas vývoja, kusovník (BOM) a miesto na doske a zároveň zlepšuje spoľahlivosť v porovnaní s riešeniami pohonu brány s diskrétnou implementáciou.

História

V roku 1989 spoločnosť International Rectifier (IR) predstavila prvý monolitický produkt hradlového ovládača HVIC, technológia vysokonapäťových integrovaných obvodov (HVIC) využíva patentované a proprietárne monolitické štruktúry integrujúce bipolárne, CMOS a laterálne zariadenia DMOS s prierazným napätím nad 700 V a 1400 V pre prevádzkové offsetové napätia 600 V a 1200 V.[2]

Pomocou tejto technológie HVIC so zmiešaným signálom je možné implementovať vysokonapäťové obvody na posun úrovne a nízkonapäťové analógové a digitálne obvody.S možnosťou umiestniť vysokonapäťové obvody (do „jamky“ tvorenej polysilikónovými krúžkami), ktoré môžu „plávať“ 600 V alebo 1200 V, na rovnakom kremíku ďaleko od zvyšku nízkonapäťových obvodov, na vysokonapäťovej strane výkonové MOSFETy alebo IGBT existujú v mnohých populárnych topológiách off-line obvodov, ako sú buck, synchrónne zosilnenie, polovičný mostík, plný mostík a trojfázové.Ovládače brány HVIC s plávajúcimi spínačmi sú vhodné pre topológie vyžadujúce konfigurácie s hornou stranou, polovičným mostíkom a trojfázovou konfiguráciou.[3]

Účel

Na rozdiel odbipolárne tranzistory, MOSFETy nevyžadujú stály príkon, pokiaľ nie sú zapínané alebo vypínané.Izolovaná hradlová elektróda MOSFET tvorí akondenzátor(hradlový kondenzátor), ktorý je potrebné nabiť alebo vybiť pri každom zapnutí alebo vypnutí MOSFETu.Keďže tranzistor vyžaduje určité hradlové napätie, aby sa zapol, hradlový kondenzátor musí byť nabitý aspoň na požadované hradlové napätie, aby sa tranzistor zapol.Podobne pre vypnutie tranzistora je potrebné tento náboj rozptýliť, tj vybiť hradlový kondenzátor.

Keď je tranzistor zapnutý alebo vypnutý, neprejde okamžite z nevodivého do vodivého stavu;a môže prechodne podporovať vysoké napätie a viesť vysoký prúd.V dôsledku toho, keď sa hradlový prúd aplikuje na tranzistor, aby spôsobil jeho spínanie, vytvára sa určité množstvo tepla, ktoré môže v niektorých prípadoch stačiť na zničenie tranzistora.Preto je potrebné udržiavať spínací čas čo najkratší, aby sa minimalizovalspínacia strata[de].Typické spínacie časy sú v rozsahu mikrosekúnd.Spínací čas tranzistora je nepriamo úmerný množstvuprúdslúži na nabíjanie brány.Preto sú často potrebné spínacie prúdy v rozmedzí niekoľkých stoviekmiliampérov, alebo dokonca v rozsahuampéroch.Pre typické napätie brány približne 10-15V niekoľkowattovna ovládanie spínača môže byť potrebný výkon.Keď sa spínajú veľké prúdy pri vysokých frekvenciách, naprDC-to-DC meničealebo veľkéelektromotorysú niekedy paralelne usporiadané viaceré tranzistory, aby sa zabezpečili dostatočne vysoké spínacie prúdy a spínací výkon.

Spínací signál pre tranzistor je zvyčajne generovaný logickým obvodom alebo amikrokontrolér, ktorý poskytuje výstupný signál, ktorý je zvyčajne obmedzený na niekoľko miliampérov prúdu.V dôsledku toho by tranzistor, ktorý je priamo riadený takýmto signálom, spínal veľmi pomaly, s príslušne vysokou stratou výkonu.Pri spínaní môže hradlový kondenzátor tranzistora odoberať prúd tak rýchlo, že spôsobí preťaženie prúdu v logickom obvode alebo mikrokontroléri, čo spôsobí prehriatie, ktoré vedie k trvalému poškodeniu alebo dokonca úplnému zničeniu čipu.Aby sa tomu zabránilo, je medzi výstupným signálom mikrokontroléra a výkonovým tranzistorom umiestnený hradlový budič.

Nabíjacie čerpadlása často používajú vH-mostyv ovládačoch vysokej strany pre pohon brány n-kanálom vysokej stranyvýkonové MOSFETyaIGBT.Tieto zariadenia sa používajú kvôli ich dobrému výkonu, ale vyžadujú napätie pohonu brány niekoľko voltov nad napájacou koľajnicou.Keď stred polovičného mostíka klesne na nízku hodnotu, kondenzátor sa nabije cez diódu a tento náboj sa neskôr použije na pohon brány vysokej strany FET o niekoľko voltov nad napätím zdroja alebo kolíka emitora, aby sa zapol.Táto stratégia funguje dobre za predpokladu, že most je pravidelne prepínaný a vyhýba sa zložitosti nutnosti prevádzkovať samostatný zdroj napájania a umožňuje použitie efektívnejších n-kanálových zariadení pre vysoké aj nízke prepínače.