Chip IC IR2103STRPBF del controlador de componentes electrónicos de cotización de BOM

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Clasificaciones ambientales y de exportación

Controladores de puerta

Un controlador de puerta es un amplificador de potencia que acepta una entrada de baja potencia de un controlador IC y produce una entrada de controlador de alta corriente para la puerta de un transistor de alta potencia, como un IGBT o un MOSFET de potencia.Los controladores de puerta se pueden proporcionar en chip o como módulo discreto.En esencia, un controlador de puerta consta de un cambiador de nivel en combinación con un amplificador.Un CI de controlador de puerta sirve como interfaz entre las señales de control (controladores digitales o analógicos) y los interruptores de alimentación (IGBT, MOSFET, SiC MOSFET y GaN HEMT).Una solución de controlador de puerta integrada reduce la complejidad del diseño, el tiempo de desarrollo, la lista de materiales (BOM) y el espacio en la placa, al tiempo que mejora la confiabilidad en comparación con las soluciones de controlador de puerta implementadas discretamente.

Historia

En 1989, International Rectifier (IR) presentó el primer producto monolítico de controlador de compuerta HVIC, la tecnología de circuito integrado de alto voltaje (HVIC) utiliza estructuras monolíticas patentadas que integran dispositivos bipolares, CMOS y DMOS laterales con voltajes de ruptura superiores a 700 V y 1400 V. V para voltajes de compensación operativos de 600 V y 1200 V.[2]

Utilizando esta tecnología HVIC de señal mixta, se pueden implementar tanto circuitos de cambio de nivel de alto voltaje como circuitos analógicos y digitales de bajo voltaje.Con la capacidad de colocar circuitos de alto voltaje (en un 'pozo' formado por anillos de polisilicio), que pueden 'flotar' 600 V o 1200 V, sobre el mismo silicio alejado del resto de circuitos de bajo voltaje, lado alto Los MOSFET o IGBT de potencia existen en muchas topologías de circuitos fuera de línea populares, como reductor, elevador síncrono, medio puente, puente completo y trifásico.Los controladores de puerta HVIC con interruptores flotantes son adecuados para topologías que requieren configuraciones de lado alto, medio puente y trifásicas.[3]

Objetivo

En contraste contransistores bipolares, Los MOSFET no requieren una entrada de energía constante, siempre que no estén encendidos o apagados.El electrodo de puerta aislado del MOSFET forma uncondensador(condensador de puerta), que debe cargarse o descargarse cada vez que se enciende o apaga el MOSFET.Como un transistor requiere un voltaje de puerta particular para encenderse, el capacitor de puerta debe cargarse al menos al voltaje de puerta requerido para que el transistor se encienda.De manera similar, para apagar el transistor, se debe disipar esta carga, es decir, se debe descargar el capacitor de puerta.

Cuando un transistor se enciende o apaga, no cambia inmediatamente de un estado no conductor a uno conductor;y puede soportar transitoriamente tanto un alto voltaje como conducir una alta corriente.En consecuencia, cuando se aplica corriente de puerta a un transistor para provocar que conmute, se genera una cierta cantidad de calor que, en algunos casos, puede ser suficiente para destruir el transistor.Por lo tanto, es necesario mantener el tiempo de conmutación lo más corto posible para minimizarpérdida de conmutación[de].Los tiempos de conmutación típicos están en el rango de microsegundos.El tiempo de conmutación de un transistor es inversamente proporcional a la cantidad deactualSe utiliza para cargar la puerta.Por lo tanto, a menudo se requieren corrientes de conmutación en el rango de varios cientosmiliamperios, o incluso en el rango deamperios.Para voltajes de puerta típicos de aproximadamente 10-15 V, variosvatiosEs posible que se requiera una cantidad de energía para accionar el interruptor.Cuando se conmutan grandes corrientes a altas frecuencias, por ejemplo enConvertidores de CC a CCo grandemotor electrico, a veces se proporcionan varios transistores en paralelo, para proporcionar corrientes de conmutación y potencia de conmutación suficientemente altas.

La señal de conmutación de un transistor generalmente se genera mediante un circuito lógico o unmicrocontrolador, que proporciona una señal de salida que normalmente está limitada a unos pocos miliamperios de corriente.En consecuencia, un transistor que sea accionado directamente por una señal de este tipo conmutaría muy lentamente, con la correspondiente pérdida de potencia elevada.Durante la conmutación, el condensador de puerta del transistor puede consumir corriente tan rápidamente que provoca un sobre consumo de corriente en el circuito lógico o microcontrolador, provocando un sobrecalentamiento que provoca daños permanentes o incluso la destrucción completa del chip.Para evitar que esto suceda, se proporciona un controlador de puerta entre la señal de salida del microcontrolador y el transistor de potencia.

Bombas de cargase utilizan a menudo enPuentes Hen controladores del lado alto para la puerta que acciona el canal n del lado altoMOSFET de potenciayIGBT.Estos dispositivos se utilizan debido a su buen rendimiento, pero requieren un voltaje de accionamiento de puerta de unos pocos voltios por encima del riel de alimentación.Cuando el centro de un medio puente baja, el capacitor se carga a través de un diodo, y esta carga se usa para luego accionar la puerta de la puerta FET del lado alto unos pocos voltios por encima del voltaje del pin de la fuente o del emisor para encenderlo.Esta estrategia funciona bien siempre que el puente se conmute regularmente y evita la complejidad de tener que ejecutar una fuente de alimentación separada y permite utilizar dispositivos de canal n más eficientes para interruptores tanto altos como bajos.