Возач на портата за ефикасни решенија за заштеда на простор All-Electronic
На прв поглед
Новото семејство на возачи на порт-мост 2EDL од Infineon е дел од семејството Eicedriver Compact. ИЦ концептот на возачот за половина мост е првенствено наменет за погонската технологија на апарати за домаќинство, но исто така и за напојувања во режим на вклучување и компјутери. Тие се развиени за двете најпопуларни технологии на транзистори, IGBT и MOSFET. Интегрираната диода за подигање има мала отпорност на серии и со тоа овозможува широк работен опсег на ширината на пулсот. Губењето на струјата на диодата за подигање е минимизирано. Специјални функции како асиметрично исклучување на поднапон и активно исклучување, особено за IGBT, помагаат да се постигне оптимален резултат.
Со монолитно интегрирана, многу брза функција за подигнување, најновата генерација на 2EDL мраз двигатели поставува стандарди за драјвери ИЦ со излезна струја поголема од 2 А. IC V-двигателите на портата 600 V во моментов се состојат од две компоненти групи со различни варијанти и излезни струи од 0,5 или 2,3 A за апликации со IGBT и MOSFET. Со овие двигатели, Infineon отвора и нов компонентен сегмент, класата Eicedriver Compact („C“) за индустриски и мултимаркетни апликации.
2EDL полу-мост драјвери ИЦ претставуваат нова класа на двигатели на портите со интегрирана функција за подигање за снабдување од голема страна. Досега, само неколку компоненти од овој тип се најдоа на пазарот заради забележително намалување на напонот на подигачот при ниски циклуси на конверторот на енергија, како и дополнителна голема потрошувачка на енергија на ИЦ при високи фреквенции на преклопување треба да се управуваат. Поради оваа причина, претходните компоненти беа главно ограничени на погони со мала моќност во областа на потрошувачите. Овие обично имаат блокирачки напон од 600 V. Други полу-мостни ИЦ-уреди кои немаат интегрирана диода за подигање се користат за напојувања со низок прекинувачки режим. Бидејќи овие немаат интегрирана функција за подигнување, овие производи имаат малку подобар температурен буџет заради помалата потрошувачка на енергија во споредба со компонентите со интегрирана функција за подигање.
Интегрираната функција за подигање лента нуди значителни предности: поедноставен распоред, помала површина на плочата и поевтино поставување на компонентите во однос на растојанието до приклучокот на портата на напојниот транзистор. Ова ја подобрува електромагнетната компатибилност (ЕМС) и го оптимизира однесувањето на преклопувањето, што доведува до помали загуби при вклучување.
Имајќи го ова на ум, Infineon го разви новиот концепт за полу-мостови на возачите на портите, што е предодредено за барањата во областа на потрошувачката електроника, вклучително и погоните во апаратите за домаќинство, како и за напојувањето и компјутерите. ИЦ-те за возење на полумост од семејството 2EDL ги поддржуваат најважните трендови во апликациите со мала моќност, како што се леснотијата на користење и намалените трошоци за материјал, со сеопфатна функционалност во исто време.
Нов концепт за ИС на возачот на порта со половина мост
Модулите со 0,5 А се достапни во куќиштето DSO8 или DSO14, додека верзиите со 2,3 A се достапни во DSO14. Сите куќишта се компатибилни со RoHS и не содржат олово и халогени. Компонентите во куќиштето DSO8 нудат пловечки двигател од висока страна со основни функции. 2EDL05I06BF, на пример, е многу погоден за вклучување на напојувања. Нема функција на мртво време или блокирање, така што и високиот и нискиот страничен излез можат да се активираат истовремено.
Два модули со голема излезна струја од 2,3 A во куќиштето DSO14 го нудат целиот спектар на функции. Карактеристиките вклучуваат функција за овозможување, дијагностицирање на грешки и посебна патека за враќање на струјата на портата (напојување) вклучително и заштита од прекумерна струја. Со овие варијанти, може да се решат сите апликации кои бараат поголема интеграција и безбедносни барања.
Интегрирана диода за подигање
Интегрираната функција за подигање на установи обично се спроведува со употреба на високонапонски структури MOSFET, како што е прикажано на слика 1 од левата страна, што одговара на TBS на слика 1. Овие структури на MOSFET се вклучуваат и исклучуваат во фаза со низок транзистор T2. Ова е критична точка, бидејќи ниту времето на доцнење на транзисторот на напојување ниту факторот на моќност на моторот не се познати на возачот IC. Активирањето на bootstrap FET мора да го земе предвид ова со дополнителни одложувања на bootstrap. Овие одложувања го намалуваат достапното време за подигање, така што напонот на подигачот дополнително се намалува.
Слика 1: Копче за подигање за половина мост: лево конвенционален FET како прекинувач за подигање и десно со високо-ефикасна, ултра-брза диода за подигање и достапни куќишта на семејството 2EDL. Инфинеон
Друго ограничување при користење на MOSFET за подигнување е зависноста од температурата на MOSFET. Типично, отпорноста на MOSFET двојно се зголемува кога температурата на раскрсницата се зголемува за 100 ° С. Ова значи дека прикажаната состојба повторно се влошува. Поголемата отпорност на RDS (вклучена) доведува и до поголема потрошувачка на енергија на IC-возачот и го ограничува безбедниот опсег на работа (SOA) во однос на фреквенцијата на вклучување и полнењето на портата. Еквивалентно на ова е отпорот на шината RLim на диодата за подигање, прикажан како сериски отпор. Како што може да се види на слика 2, интегрираната диода за подигање е подобра од конвенционалните функции за подигнување, штом напредната карактеристика на диодата е поголема од онаа на MOSFET. Ова е случај за пренасочена струја од околу 5 до 10 mA при покачени температури.
Слика 2: Споредба на напредните карактеристики на диодата за подигнување со отпорност на шини RLim и MOSFET со Rds (вклучено) = 100 Ω (црно Tj = 25 ° C, испрекинато: Tj = 125 ° C) и Rds (вклучено) = 200 Ω (портокалово), Tj = 25 ° C, испрекинато: Tj = 125 ° C). Инфинеон
Ефектите од излезните карактеристики може да се видат со споредување на номиналното намалување на напонот на напонот на кондензаторот за подигање со работниот циклус. Избрана е конфигурација на полумост за да претставува топологија на напојување во режим на вклучен. Низок фактор на пулсна должност во нискиот страничен транзистор или диода доведува до целосно полнење на кондензаторот за подигање CBS (видете слика 1). Како резултат, напонот на подигање vBS паѓа сè додека не се постигне нова стабилна состојба во однос на напонот на напојување на IC-возачот. Слика 3 ги прикажува работните услови за фреквенција на вклучување fp = 20 kHz и кондензатор за подигање со CBS = 22 μF.
Слика 3: Пресметка на падот на напонот преку кондензаторот за подигање наспроти работниот циклус за регулатор за намалување во зависност од отпорноста на состојбата (RDS (вклучено) или RLim), прикажано на температура на спој од Tj = 25 ° C Инфинеон
Левиот дел од Слика 3 ги прикажува условите при температура на раскрсницата Tj = 25 ° C и на десната страна за Tj = 125 ° C. Предложениот концепт за возачот на 2EDL Eicedriver нуди отпорност на подигање RLim од 30 Ω на температура на спој Tj = 25 ° C. Другите концепти се тука со 125 или дури 200 Ω. Заради поедноставување, се претпоставува дека отпорот на подигање RLim исто така се дуплира на секои 100 ° С. Треба да се напомене дека кондензаторот за подигање нема влијание врз дијаграмите прикажани на слика 3. Тоа влијае само на фазата на транзиција од една до друга точка на пристрасност.
Слика 3: Пресметка на пад на напон на кондензаторот за подигање (стабилна состојба) наспроти работниот циклус за конверторот на buck како функција на отпорноста на состојбата (RDS (вклучено) или RLim), на Tj = 125 ° C. Инфинеон
Спротивно на тоа, влијанието на малата отпорност на двигателот на мразот 2EDL е значително. Очигледно е дека новиот концепт на возачот е многу постабилен при високи температури на споеви во споредба со стандардните компоненти. Корисниот циклус на работа може да се намали до еден процент со новите возачи на 2EDL без активирање на исклучувањето на напон.
Другите возачи не дозволуваат циклуси на работа помалку од четири проценти (RBS = 125 Ω) или седум проценти (RBS = 200 Ω). Ова значи дека апликациите што бараат работа со многу ниски циклуси не можат да ги користат овие двигатели. Овие апликации вклучуваат напојувања за напојување со вклучен режим на напојување под големи оптоварувања или погонски системи кои работат со полето ориентирана контрола со големи вртежни вртежи при ниски брзини на ротација. Во овие примери, контролата потоа оди во операција во стабилна состојба или квази стабилна состојба во областа на критичниот фактор на пулсна должност.
Асиметрично исклучување на напон
Семејството возачи на мраз 2EDL поддржува и работа со IGBT со посебни одлики. Другите IC возачи достапни на пазарот поддржуваат само MOSFET, на пример со функцијата UVLO (под напон за заклучување). Напонот на прагот на портата кај MOSFET (обично 3 V) овозможува работење со помал напон на портата од IGBT (4,6 до 5 V), што исто така се рефлектира во УВЛО напоните. Од друга страна, опасно е да се управува со IGBT со IC возачи кои нудат ограничувања на УВЛО за MOSFET. Овие граници се толку ниски што ИГБТ може делумно или целосно да се засити. Ова, пак, доведува до големи загуби, а работењето во овој режим може да го оштети IGBT. Затоа е потребно IGBT да се контролира само со двигатели кои нудат адаптирани UVLO граници за IGBT.
Друг важен аспект е дека дизајнот на границата УВЛО ги поддржува интегрираните диоди за подигање. Овие покажуваат релативно висок пад на напонот нанапред, што помага да се намали напонот на подигнувањето во споредба со напојувањето VDD (видете исто така слика 3). Статичкиот напон на подигачот произлегува од:
Еве, vCE претставува транзисторен напон T2 на ниско-страничниот транзистор во конфигурација на полумост според Слика 1. Формулата покажува дека излезот од висока страна (HO) генерира помал напон бидејќи напонот VBS се применува на ИЦ Врските VB и VS се намалуваат за вредностите VDBS и VCE. Сепак, поволно е да се активира УВЛО за напојување од голема страна VBS истовремено со напојување за ниска страна VDD, со цел да се избегне недоволно снабдување на високо-страничната порта. УВЛО од долната страна се активира со вредност приближно 1 V поголема од функцијата на улто од висока страна. Ова исто така овозможува граничните вредности на исклучување VCCUV да се префрлат на ниската страна на малку повисоки вредности. Ова може да се постигне со спроведување на асиметричен УВЛО кој овозможува различни вредности за праг на напон на висока и ниска страна.
Покрај тоа, новите ИЦ-возачи овозможуваат и филтрирање на настаните на УВЛО. Ова спречува краткотрајни падови на напон (од редот од 1,5 µs) да станат настан УВЛО. Новите ИЦ се посилни во однос на бучавата во линиите за снабдување.