Портален драйвер за ефективни и спестяващи пространство решения All-Electronics
С един поглед
Новото семейство драйвери за полумостови порта 2EDL от Infineon е част от семейството на Eicedriver Compact. Концепцията на драйвера за полумостове е предназначена предимно за областта на задвижващата техника за домакински уреди, но също така и за превключване на захранвания и компютри. Те са разработени за двете най-популярни транзисторни технологии, IGBT и MOSFET. Интегрираният диод за зареждане има малко серийно съпротивление и по този начин позволява широк работен диапазон на широчината на импулса. Загубата на мощност на диода за зареждане е сведена до минимум. Специални функции като асиметрично изключване под ниско напрежение и активно изключване, особено за IGBT, помагат за постигане на оптимален резултат.
С монолитно интегрираната, много бърза функция за зареждане, последното поколение 2EDL драйвери за лед задава стандарти за интегрални схеми на драйвери с изходен ток над 2 А. Понастоящем интегралните схеми на драйвера за 600 V порта се състоят от две компонентни групи с различни варианти и изходни токове от 0,5 или 2,3 A за приложения както с IGBT, така и с MOSFET. С тези драйвери Infineon отваря и нов сегмент от компоненти, клас Eicedriver Compact ("C") за индустриални и мултимаркетни приложения.
2EDL полумостовите драйвери представляват нов клас драйвери на портата с вградена функция за зареждане за захранване от високо ниво.Досега само няколко компонента от този тип са били на пазара поради забележимо намаляване на напрежението на началната лента при ниски работни цикли на преобразувателя на енергия, както и допълнителна висока консумация на енергия на IC при високи честоти на превключване. Поради тази причина предишните компоненти бяха най-вече ограничени до устройства с ниска мощност в потребителската зона. Те обикновено имат блокиращо напрежение от 600 V. Други полумостови интегрални схеми, които нямат вграден диод за зареждане, се използват за захранващи устройства от нисък клас с превключен режим. Тъй като те нямат вградена функция за зареждане, тези продукти имат малко по-добър температурен бюджет поради по-ниската консумация на енергия в сравнение с компонентите с вградена функция за зареждане.
Вградената функция за зареждане обаче предлага значителни предимства: по-просто оформление, по-малко площ на платката и по-евтино разположение на компонентите по отношение на разстоянието до връзката на порта на силовия транзистор. Това подобрява електромагнитната съвместимост (EMC) и оптимизира поведението при превключване, което води до по-ниски загуби при превключване.
Имайки това предвид, Infineon разработи новата концепция за интегрални схеми с полумостови драйвери, която е предопределена за изискванията в областта на потребителската електроника, включително задвижвания в домакински уреди, както и за захранване и изчисления. ИС на полумостови драйвери от семейството 2EDL поддържат най-важните тенденции в приложения с ниска мощност, като лекота на използване и намалени материални разходи, с цялостна функционалност едновременно.
Нова концепция за интегрални схеми за драйвери на полумостови порта
Модулите с 0,5 A се предлагат в корпуса DSO8 или DSO14, докато версиите с 2,3 A се предлагат в DSO14. Всички корпуси са съвместими с RoHS и не съдържат олово и халоген. Компонентите в корпуса DSO8 предлагат плаващ драйвер от високата страна с основни функции. 2EDL05I06BF например е много подходящ за превключване на захранвания. Той няма мъртво време или функция за блокиране, така че изходът от горната и ниската страна могат да бъдат активирани едновременно.
Два модула с висок изходен ток от 2,3 A в корпуса DSO14 предлагат пълния набор от функции. Характеристиките включват функция за активиране, диагностика на неизправност и отделен обратен път за тока на затвора (заземяване на захранването), включително защита от претоварване С тези варианти могат да бъдат адресирани всички приложения, които изискват по-високи изисквания за интеграция и безопасност.
Интегриран диод за зареждане
Интегрираната функция за зареждане обикновено се реализира с помощта на MOSFET структури с високо напрежение, както е показано на фигура 1 вляво, съответстваща на TBS на фигура 1. Тези MOSFET структури се включват и изключват във фаза с транзистора T2 с ниска страна. Това е критична точка, тъй като нито времената на закъснение на силовия транзистор, нито коефициентът на мощност на двигателя са известни на драйвера IC. Следователно активирането на FET на bootstrap трябва да отчете това с допълнителни закъснения на bootstrap. Тези закъснения намаляват времето за зареждане, така че напрежението на бустрата допълнително се намалява.
Фигура 1: Bootstrap верига за половин мост: вляво конвенционален FET като превключвател за зареждане, а вдясно с високоефективен, ултра бърз диод на bootstrap и наличните корпуси от семейството 2EDL. Infineon
Друго ограничение при използване на MOSFET за зареждане е температурната зависимост на MOSFET. Обикновено съпротивлението на MOSFET се удвоява, когато температурата на свързване се увеличи със 100 ° C. Това означава, че показаната ситуация отново се влошава. По-високият RDS (on) на съпротивление също води до по-висока консумация на енергия на драйвера IC и ограничава безопасния работен обхват (SOA) по отношение на честотата на превключване и зареждането на портата. Еквивалент на това е съпротивлението на релсата RLim на диода за зареждане, показано като последователно съпротивление. Както може да се види на фигура 2, интегрираният диод за зареждане е по-добър от конвенционалните функции за зареждане, веднага щом предната характеристика на диода е по-висока от тази на MOSFET. Това важи за преден ток от около 5 до 10 mA при повишени температури.
Фигура 2: Сравнение на предните характеристики на диод за зареждане с релсово съпротивление RLim и MOSFET с Rds (включен) = 100 Ω (черен Tj = 25 ° C, пунктиран: Tj = 125 ° C) и Rds (включен) = 200 Ω (оранжев), Tj = 25 ° C, пунктирано: Tj = 125 ° C). Infineon
Ефектите от изходните характеристики могат да се видят чрез сравняване на номиналното намаляване на напрежението на напрежението на кондензатора на началната лента с работния цикъл. Избрана е полумостова конфигурация, която представлява топология на захранването с превключен режим. Коефициентът на нисък импулсен коефициент на транзистора или диода с ниска страна води до това, че кондензаторът CBS на зареждащия механизъм не се зарежда напълно (вж. Фигура 1). В резултат на това напрежението на началната лента vBS пада, докато се достигне ново стабилно състояние по отношение на захранващото напрежение на драйвера IC. Фигура 3 показва работните условия за честота на превключване fp = 20 kHz и кондензатор за зареждане с CBS = 22 µF.
Фигура 3: Изчисляване на спада на напрежението в кондензатора за зареждане спрямо работния цикъл на понижаващ регулатор като функция на съпротивлението в състояние (RDS (on) или RLim), показано при температура на свързване Tj = 25 ° C. Infineon
В лявата част на фигура 3 са показани условията за температура на свързване Tj = 25 ° C, а от дясната страна за Tj = 125 ° C. Предложената концепция за драйвер на 2EDL Eicedriver предлага съпротивление на зареждане RLim от 30 Ω при температура на свързване Tj = 25 ° C. Други концепции са тук при 125 или дори 200 Ω. От съображения за опростяване се приема, че резисторът за зареждане RLim също се удвоява на всеки 100 ° C. Трябва да се отбележи, че кондензаторът за зареждане няма влияние върху диаграмите, показани на фигура 3. Това засяга само фазата на преход от една точка на пристрастие към друга.
Фигура 3: Изчисляване на спада на напрежението на кондензатора на бустрата (стабилно състояние) спрямо работния цикъл на преобразувател на грешка като функция от съпротивлението в състояние (RDS (on) или RLim), при Tj = 125 ° C. Infineon
За разлика от това, влиянието на ниското съпротивление на ледения драйвер на 2EDL е значително. Очевидно е, че новата концепция за водача е много по-стабилна при високи температури на свързване в сравнение със стандартните компоненти. Използваемият работен цикъл може да намалее с до един процент с новите 2EDL драйвери, без да активира изключването под ниско напрежение.
Други шофьори не допускат работни цикли по-малко от четири процента (RBS = 125 Ω) или седем процента (RBS = 200 Ω). Това означава, че приложенията, които изискват работа с много ниски работни цикли, не могат да използват тези драйвери. Тези приложения включват захранващи устройства с превключен режим с твърдо превключване при големи натоварвания или задвижващи системи, които работят с ориентирано към полето управление с високи въртящи моменти при ниски скорости на въртене. В тези примери управлението след това преминава в стабилен или квазистационарен режим в областта на критичния коефициент на импулсен коефициент.
Асиметрично изключване под ниско напрежение
Семейството драйвери за лед 2EDL също поддържа работа с IGBT със специални функции. Други интегрални схеми на драйвери, предлагани на пазара, поддържат само MOSFET, например с функцията UVLO (Under Voltage Lockout). Праговото напрежение на портата на MOSFET (предимно 3 V) позволява работа с по-ниски напрежения на порта в сравнение с IGBT (4,6 до 5 V), което също се отразява в UVLO напреженията. От друга страна е опасно да се управляват IGBT с драйвери, които предлагат UVLO ограничения за MOSFET. Тези граници са толкова ниски, че IGBT може частично или напълно да се насити. Това от своя страна води до големи загуби и работата в този режим може да повреди IGBT. Следователно е необходимо IGBT да се контролират само с драйвери, които предлагат адаптирани UVLO ограничения за IGBT.
Друг важен аспект е, че дизайнът на границата UVLO поддържа интегрираните диоди за зареждане. Те показват относително висок спад в напрежението напред, което помага да се намали напрежението на бустрата в сравнение с напрежението VDD на захранването (вижте също Фигура 3). Статичното напрежение на бустрата е резултат от:
Тук vCE представлява напрежението на транзистора T2 на транзистора с ниска страна в полумостова конфигурация, както е показано на фигура 1. Формулата показва, че изходът от високата страна (HO) генерира по-ниско напрежение, тъй като напрежението VBS се прилага към IC -Връзки VB и VS се намалява със стойностите VDBS и VCE. Изгодно е обаче да се активира UVLO за VBS за захранване от високата страна едновременно с VDD за захранване с ниска страна, за да се избегне недостатъчното захранване на портата от високата страна. Следователно UVLO с ниска страна се задейства при стойност приблизително 1 V по-висока от функцията UVLO от високата страна. Това също позволява пределните стойности на изключване VCCUV да бъдат изместени от долната страна към малко по-високи стойности. Това може да се постигне чрез прилагане на асиметричен UVLO, който позволява различни стойности за праговите напрежения от горната и ниската страна.
В допълнение, новите интегрални схеми на драйверите също позволяват филтриране на UVLO събитията. Това предотвратява краткосрочните падания на напрежението (от порядъка на 1,5 µs) да се превърнат в UVLO събитие. Новите интегрални схеми са по-устойчиви на шум в захранващите линии.