전원 공급 장치 및 광전지 인버터를 위한 Analog Devices의 새로운 절연형 IGBT 게이트 드라이버

결함 감지 기능이 통합되어 있고 MOSFET도 구동할 수 있는 ADuM4137은 광전지 인버터, 전원 공급 회로 및 모터 제어 애플리케이션용으로 설계되었습니다.

우리는 종종 트랜지스터를 양극 접합 또는 전계 효과라는 두 가지 범주 중 하나에 속하는 것으로 생각합니다. 이러한 장치는 확실히 가장 일반적이지만 기본적으로 BJT와 FET의 하이브리드인 트랜지스터인 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)를 잊어서는 안 됩니다.

IGBT는 고전력 스위칭 애플리케이션에 유용합니다. 게이트는 절연되어 있으므로 본질적으로 입력 전류가 0이어야 하며, 장치의 BJT 부분은 부하 전류에 대한 경로를 제공합니다. AAC 교과서에서 IGBT에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

절연 게이트와 관련된 이점에는 당연히 단점도 따릅니다. MOSFET이나 IGBT의 게이트는 용량성 구조를 가지고 있으며, 이 용량은 장치가 켜지거나 꺼질 때마다 충전 및 방전되어야 합니다.

고전류 애플리케이션에는 물리적으로 더 큰 트랜지스터가 필요하며 이로 인해 게이트 커패시턴스가 더 높아집니다. 게이트 드라이버 IC가 왜 존재하는지 궁금해했다면 이것이 첫 번째 이유입니다. 일반적인 저전압 디지털 출력단은 IGBT 또는 MOSFET의 게이트에 대량의 전하를 신속하게 전달하도록 설계되지 않았습니다. 느린 전하 전달로 인해 스위칭이 느려지므로 일반적인 저전압 신호를 사용하여 게이트 드라이버를 제어한 다음 게이트 드라이버가 트랜지스터를 구동하는 것이 유용한 경우가 많습니다.

게이트 드라이버는 또한 기준 전위 이동과 관련된 합병증을 극복하는 데 도움이 됩니다. MOSFET 또는 IGBT를 제어하는 ​​것은 로우사이드 회로 구성, 즉 소스나 이미터가 접지에 직접 연결된 경우 매우 간단합니다. 게이트 전압은 항상 0V인 소스 또는 이미터 전압을 기준으로 합니다.

하지만 하이사이드 애플리케이션에서는 소스 또는 이미터 전압이 회로 상태에 따라 달라지므로 이에 따라 게이트 전압을 조정해야 합니다. 이는 드라이브 회로(예: 하프 브리지)를 사용하여 시스템에서 사용 가능한 최고 전압을 전환하는 경우 특히 까다로울 수 있습니다. 하이사이드 트랜지스터가 켜져 있을 때 소스 또는 이미터 전압은 공급 전압보다 약간 낮습니다. 이는 공급 전압이 트랜지스터의 게이트를 직접 제어할 수 없음을 의미합니다.

ADuM4137은 갈바닉 절연을 통해 하이사이드 게이트 구동 문제를 해결합니다. 입력 인터페이스와 고전력 스위칭 회로 사이의 전기적 절연을 통해 장치는 하이사이드 소스 또는 이미터 노드의 전위 변화에 따라 입력 신호의 레벨을 이동할 수 있습니다. (이 격리는 시스템의 고전력 부분에서 발생할 수 있는 결함과 관련된 위험한 상황으로부터 저전압 회로와 인간을 보호하므로 안전 기능이기도 합니다.)

아마도 가장 친숙한 절연 형태는 광 전송을 기반으로 하는 것이지만 Analog Devices는 자기 결합을 선호합니다. ADuM4137은 아래 다이어그램에 표시된 것처럼 온-오프 키잉 인코딩과 함께 iCoupler 기술을 사용합니다.

ADuM4137의 내부 아키텍처는 IC 패키지 내에 종종 숨겨져 있는 인상적인 복잡성을 잘 보여줍니다.

ADuM4137은 최대 6A의 구동 전류를 제공합니다. 이 매우 높은 출력 전류는 IGBT를 빠르게 켜는 데 도움이 됩니다. 이 장치에는 게이트의 방전 경로 역할을 하는 저저항 턴오프 트랜지스터도 포함되어 있습니다. 상승 및 하강 에지에 대한 내부 전파 지연은 약 100ns이며, 아래 플롯은 100nF 용량성 부하에 대한 전체 켜기 및 끄기 특성의 예를 제공합니다.

IGBT가 MOSFET이나 BJT보다 확실히 우수한 애플리케이션을 본 적이 있습니까? 아래 댓글 섹션을 통해 알려주세요.