Características importantes de los controladores de puerta discretos

En la electrónica de potencia, como se encuentra, por ejemplo, en la tecnología de accionamiento, los IGBT se utilizan a menudo para la conmutación de alta tensión y alta corriente. Estos transistores de potencia están regulados por voltaje y producen sus principales pérdidas cuando están conmutando. Para minimizar las pérdidas de transferencia, son deseables tiempos de transferencia cortos. Sin embargo, la conmutación rápida también conlleva el riesgo de transitorios de alto voltaje, que pueden interrumpir o incluso dañar la lógica del procesador. Por lo tanto, los controladores de puerta que proporcionan las señales de puerta apropiadas a los IGBT cumplen la función de protección contra cortocircuitos e influyen en la velocidad de conmutación. Sin embargo, en la selección de controladores de puerta, algunas características son cruciales.

Capacidad de carga actual

Durante la conmutación, el transistor se encuentra en un estado de cortocircuito en el que se aplican tanto alto voltaje como alta corriente. De acuerdo con la ley de Ohm, esto da como resultado ciertas pérdidas que dependen de la duración de estos estados (ver Figura 2). El objetivo es minimizar estos retrasos. Una influencia importante aquí es la capacitancia de la puerta del transistor, que debe cargarse/descargarse para la conmutación. Las corrientes transitorias más altas aceleran este proceso.

Por lo tanto, los controladores que pueden proporcionar corrientes de puerta más altas durante un período de tiempo más prolongado tienen un efecto favorable en las pérdidas de transferencia. El ADuM4135 de Analog Devices, Inc. puede (ADI), por ejemplo, proporcionan una corriente de hasta 4 A. Dependiendo del IGBT, esto puede permitir tiempos de conmutación en el rango de ns muy bajo.

por hora

Los factores determinantes para minimizar los tiempos de conmutación son el tiempo de subida de la salida (t_R), tiempo de caída (t_F), y el retraso en la propagación (t_D). El retraso de propagación se define como el tiempo que tarda un borde de entrada en llegar a la salida y depende de la corriente de salida del controlador y la carga de salida. El retraso de propagación tiende a comportarse con diferencias mínimas entre los flancos ascendentes y descendentes, lo que genera cierta distorsión de ancho de pulso (PWD):

Dado que los controladores a menudo tienen múltiples rutas de salida, que tienen diferentes tiempos de respuesta a pesar de estar controlados por la misma entrada, una pequeña compensación adicional compensa la demora extendida (t_Distorsión), es aceptado.

Tensión soportada de aislamiento

En la electrónica de potencia, el aislamiento es necesario tanto por motivos funcionales como de seguridad. Dado que los controladores de puerta, por ejemplo, se utilizan como una topología de medio puente en la tecnología de accionamiento y, por lo tanto, entran en contacto con altas tensiones y corrientes de bus, el aislamiento es inevitable. La razón funcional es que la activación de la etapa de potencia normalmente se realiza desde el circuito de baja tensión, por lo que no sería posible activar el interruptor del lado alto del medio puente debido a la mayor capacitancia con un interruptor del lado bajo abierto al mismo tiempo. Al mismo tiempo, el aislamiento representa un aislamiento fiable de la parte de alta tensión del circuito de control en caso de fallo, de modo que es posible el contacto humano. Los controladores de puerta aislados suelen tener una fuerza dieléctrica de 5 kV (rms)/min o más.

Exención

Los entornos industriales hostiles requieren la mejor inmunidad o resistencia a la interferencia de aplicaciones contra fuentes de interferencia. Por ejemplo, el ruido de RF, los transitorios de modo común y los campos de interferencia magnética son críticos porque pueden acoplarse al controlador de puerta y pueden hacer que la etapa de potencia cambie en momentos no deseados. Para los controladores de puerta aislados, la inmunidad transitoria de modo común (CMTI) define la capacidad de rechazar las transiciones de modo común entre la entrada y la salida. Por ejemplo, el ADuM4121 tiene un valor impresionante de >150 kV/µs.

Los parámetros abordados representan solo algunas de las especificaciones del controlador de puerta y no son una lista completa. Otros factores determinantes incluyen el voltaje de funcionamiento, el voltaje de suministro, el rango de temperatura y características integradas adicionales, como la abrazadera Miller y la protección contra la desaturación. Por lo tanto, se puede seleccionar una gran cantidad de controladores de cuadrícula diferentes según los requisitos de la aplicación.