アナログ・デバイセズの電源および太陽光発電インバータ用の新しい絶縁型 IGBT ゲート ドライバ

ADuM4137 は故障検出機能を備えており、MOSFET の駆動も可能で、太陽光発電インバータ、電源回路、およびモータ制御アプリケーション向けに設計されています。

私たちはよく、トランジスタをバイポーラ接合または電界効果という 2 つのカテゴリのいずれかに属するものと考えています。 これらのデバイスは確かに最も一般的ですが、本質的に BJT と FET のハイブリッドであるトランジスタ、つまり絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) を忘れてはなりません。

IGBT は、高出力スイッチング アプリケーションに役立ちます。 ゲートは絶縁されているため、基本的に入力電流はゼロであり、デバイスの BJT 部分が負荷電流の経路を提供します。 IGBT について詳しくは、AAC の教科書をご覧ください。

当然のことながら、絶縁ゲートに関連する利点には欠点も伴います。 MOSFET や IGBT のゲートは容量構造になっており、デバイスがオンまたはオフになるたびにこの容量を充放電する必要があります。

高電流アプリケーションには物理的に大きなトランジスタが必要であり、これによりゲート容量が大きくなります。 ゲート ドライバー IC がなぜ存在するのか疑問に思ったことがあるなら、これが最初の理由です。 一般的な低電圧デジタル出力段は、IGBT または MOSFET のゲートに大量の電荷を迅速に供給するように設計されていません。 電荷の供給が遅いとスイッチングも遅くなります。このため、一般的な低電圧信号を使用してゲート ドライバを制御し、ゲート ドライバがトランジスタを駆動することが有益な場合が多いのです。

ゲート ドライバーは、基準電位の変化に伴う複雑な問題を克服するのにも役立ちます。 MOSFET または IGBT の制御は、ローサイド回路構成、つまりソースまたはエミッタがグランドに直接接続されている場合には非常に簡単です。 ゲート電圧はソースまたはエミッタ電圧を基準にしており、常に 0 V です。

ただし、ハイサイドアプリケーションでは、回路の状態に応じてソースまたはエミッタ電圧が変化するため、それに応じてゲート電圧を調整する必要があります。 これは、システムで利用可能な最高電圧を切り替えるために駆動回路 (ハーフブリッジなど) が使用されている場合に特に注意が必要です。 ハイサイドトランジスタがオンのとき、ソースまたはエミッタ電圧は電源電圧よりわずかに低くなります。これは、電源電圧がトランジスタのゲートを直接制御できないことを意味します。

ADuM4137 は、ガルバニック絶縁によってハイサイド ゲート駆動の問題を解決します。 入力インターフェースとハイパワースイッチング回路の間の電気的絶縁により、デバイスはハイサイドソースまたはエミッタノードの電位の変化に応じて入力信号をレベルシフトできます。 (この絶縁は、システムの高電力部分で発生する可能性のある障害に関連した危険な状態から低電圧回路と人体を保護するため、安全機能でもあります。)

おそらく最もよく知られている絶縁形式は光伝送に基づいていますが、アナログ・デバイセズは磁気結合を好みます。 ADuM4137 は、下の図に示すように、iCoupler テクノロジーとオンオフ キーイング エンコーディングを組み合わせて使用​​します。

ADuM4137 の内部アーキテクチャは、IC パッケージ内に隠されていることが多い印象的な複雑さをよく思い出させます。

ADuM4137 は最大 6 A の駆動電流を提供します。 この非常に高い出力電流は、IGBT を迅速にオンにするのに役立ちます。 このデバイスには、ゲートの放電経路として機能する低抵抗のターンオフ トランジスタも含まれています。 立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方の内部伝播遅延は約 100 ns で、以下のプロットは 100 nF の容量性負荷の全体的なターンオンおよびターンオフ特性の例を示しています。

IGBT が MOSFET や BJT よりも明らかに優れているアプリケーションに遭遇したことがありますか? 以下のコメントセクションでお知らせください。