Nuevo controlador de puerta IGBT aislado de Analog Devices para fuentes de alimentación e inversores fotovoltaicos

El ADuM4137, que incorpora detección de fallas y también puede controlar MOSFET, está diseñado para inversores fotovoltaicos, circuitos de suministro de energía y aplicaciones de control de motores.

A menudo pensamos que los transistores pertenecen a una de dos categorías: unión bipolar o efecto de campo. Estos dispositivos ciertamente son los más comunes, pero no debemos olvidarnos del transistor que es esencialmente un híbrido del BJT y el FET: el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).

Los IGBT son útiles en aplicaciones de conmutación de alta potencia. Dado que la puerta está aislada, requiere esencialmente cero corriente de entrada y luego la parte BJT del dispositivo proporciona una vía para la corriente de carga. Puede leer más sobre los IGBT en el libro de texto AAC.

No es sorprendente que los beneficios asociados con una puerta aislada vayan acompañados de una desventaja. La puerta de un MOSFET o un IGBT tiene una estructura capacitiva, y esta capacitancia debe cargarse y descargarse cada vez que se enciende o apaga el dispositivo.

Las aplicaciones de alta corriente requieren transistores físicamente más grandes, y esto conduce a una capacitancia de puerta más alta. Si alguna vez se ha preguntado por qué existen los circuitos integrados de controlador de puerta, esta es la primera razón. Una etapa de salida digital típica de bajo voltaje no está diseñada para entregar rápidamente grandes cantidades de carga a la puerta de un IGBT o MOSFET. La entrega lenta de carga da como resultado una conmutación lenta, y es por eso que a menudo es beneficioso usar una señal típica de bajo voltaje para controlar un controlador de puerta, y luego el controlador de puerta controla el transistor.

Los controladores de puerta también nos ayudan a superar las complicaciones asociadas con un potencial de referencia cambiante. Controlar un MOSFET o IGBT es bastante sencillo en configuraciones de circuito del lado bajo, es decir, cuando la fuente o el emisor está conectado directamente a tierra. La tensión de compuerta está referenciada a la tensión de fuente o emisor, que siempre es 0 V.

Sin embargo, en aplicaciones de lado alto, el voltaje de la fuente o del emisor varía según el estado del circuito y el voltaje de la compuerta debe ajustarse en consecuencia. Esto puede ser particularmente complicado cuando se utiliza un circuito de control (como un medio puente) para cambiar el voltaje más alto disponible en el sistema. Cuando el transistor del lado alto está encendido, el voltaje de la fuente o del emisor está ligeramente por debajo del voltaje de suministro, lo que significa que el voltaje de suministro no puede controlar directamente la puerta del transistor.

El ADuM4137 resuelve el problema del accionamiento de puerta del lado alto mediante aislamiento galvánico. El aislamiento eléctrico entre la interfaz de entrada y el circuito de conmutación de alta potencia permite que el dispositivo cambie el nivel de las señales de entrada de acuerdo con el potencial cambiante de la fuente del lado alto o del nodo emisor. (Este aislamiento también es una característica de seguridad, porque protege los circuitos de bajo voltaje y a los seres humanos de condiciones peligrosas asociadas con fallas que podrían ocurrir en la parte de alta potencia del sistema).

Quizás la forma más familiar de aislamiento se base en la transmisión óptica, pero Analog Devices favorece el acoplamiento magnético. El ADuM4137 utiliza la tecnología iCoupler junto con la codificación de activación y desactivación, como se muestra en el siguiente diagrama.

La arquitectura interna del ADuM4137 es un buen recordatorio de la impresionante complejidad que a menudo se esconde dentro de un paquete de circuitos integrados.

El ADuM4137 proporciona una corriente de accionamiento máxima de 6 A; Esta corriente de salida muy alta ayuda a encender rápidamente el IGBT. El dispositivo también incluye un transistor de apagado de baja resistencia que funciona como ruta de descarga para la compuerta. Los retrasos de propagación interna para los flancos ascendente y descendente son de aproximadamente 100 ns, y los gráficos a continuación le brindan un ejemplo de las características generales de encendido y apagado para una carga capacitiva de 100 nF.

¿Ha encontrado alguna aplicación en la que un IGBT sea claramente superior a un MOSFET o BJT? Háganos saber en la sección de comentarios.