Novo driver de porta IGBT isolado de dispositivos analógicos para fontes de alimentação e inversores fotovoltaicos

O ADuM4137, que incorpora detecção de falhas e também pode acionar MOSFETs, é destinado a inversores fotovoltaicos, circuitos de fonte de alimentação e aplicações de controle de motores.

Muitas vezes pensamos nos transistores como pertencentes a uma de duas categorias: junção bipolar ou efeito de campo. Esses dispositivos certamente são os mais comuns, mas não devemos esquecer o transistor que é essencialmente um híbrido do BJT e do FET: o transistor bipolar de porta isolada (IGBT).

Os IGBTs são úteis em aplicações de comutação de alta potência. Como a porta é isolada, ela requer essencialmente zero corrente de entrada e, então, a parte BJT do dispositivo fornece um caminho para a corrente de carga. Você pode ler mais sobre IGBTs no livro AAC.

Os benefícios associados a um portão isolado são, não surpreendentemente, acompanhados de uma desvantagem. A porta de um MOSFET ou IGBT possui estrutura capacitiva, e esta capacitância deve ser carregada e descarregada sempre que o dispositivo for ligado ou desligado.

Aplicações de alta corrente requerem transistores fisicamente maiores, e isso leva a uma capacitância de porta mais alta. Se você já se perguntou por que existem CIs de gate-driver, este é o primeiro motivo. Um típico estágio de saída digital de baixa tensão não foi projetado para fornecer rapidamente grandes quantidades de carga à porta de um IGBT ou MOSFET. A entrega lenta de carga resulta em comutação lenta, e é por isso que muitas vezes é benéfico usar um sinal típico de baixa tensão para controlar um gate driver e, em seguida, o gate driver aciona o transistor.

Os gate drivers também nos ajudam a superar as complicações associadas a uma mudança no potencial de referência. Controlar um MOSFET ou IGBT é bastante simples em configurações de circuito do lado inferior – ou seja, quando a fonte ou emissor está conectado diretamente ao terra. A tensão da porta é referenciada à tensão da fonte ou do emissor, que é sempre 0 V.

Porém, em aplicações no lado alto, a tensão da fonte ou do emissor varia de acordo com o estado do circuito, e a tensão da porta deve ser ajustada de acordo. Isto pode ser particularmente complicado quando um circuito de acionamento (como meia ponte) é usado para comutar a tensão mais alta disponível no sistema. Quando o transistor do lado alto está ligado, a tensão da fonte ou do emissor está ligeiramente abaixo da tensão de alimentação, o que significa que a tensão de alimentação não pode controlar diretamente a porta do transistor.

O ADuM4137 resolve o problema do acionamento da porta do lado alto por meio de isolamento galvânico. O isolamento elétrico entre a interface de entrada e o circuito de comutação de alta potência permite que o dispositivo altere o nível dos sinais de entrada de acordo com a mudança de potencial da fonte do lado alto ou do nó emissor. (Esse isolamento também é um recurso de segurança, pois protege os circuitos de baixa tensão e os seres humanos contra condições perigosas associadas a falhas que podem ocorrer na parte de alta potência do sistema.)

Talvez a forma mais familiar de isolamento seja baseada na transmissão óptica, mas a Analog Devices favorece o acoplamento magnético. O ADuM4137 usa tecnologia iCoupler em conjunto com codificação on-off keying, conforme mostrado no diagrama abaixo.

A arquitetura interna do ADuM4137 é um bom lembrete da impressionante complexidade que muitas vezes está escondida dentro de um pacote IC.

O ADuM4137 fornece uma corrente máxima de acionamento de 6 A; esta corrente de saída muito alta ajuda a ligar rapidamente o IGBT. O dispositivo também inclui um transistor de desligamento de baixa resistência que funciona como caminho de descarga para a porta. Os atrasos de propagação internos para as bordas ascendente e descendente são de cerca de 100 ns, e os gráficos abaixo fornecem um exemplo das características gerais de ativação e desativação para uma carga capacitiva de 100 nF.

Você já encontrou alguma aplicação em que um IGBT é claramente superior a um MOSFET ou BJT? Deixe-nos saber na seção de comentários abaixo.