Canllawiau Dylunio ar gyfer Defnyddio Gyrwyr Giât Unig

Mae'r canllaw dylunio tair rhan yn esbonio sut i ddewis y gyrrwr giât ynysig priodol ar gyfer dyfeisiau newid pŵer mewn cymwysiadau electroneg pŵer ac yn rhannu profiad ymarferol. Yr erthygl hon yw'r rhan gyntaf, yn bennaf yn cynnwys cyflwyniad a chanllaw dewis gyrwyr giât ynysig.

Cyfeiriad cyfeirnod yr erthygl hon:

ON Mae gyrwyr clwydi ynysig Semiconductor wedi'u cynllunio i fodloni'r cyflymder newid uchaf a chyfyngiadau maint system sy'n ofynnol gan dechnolegau fel SiC (carbid silicon) a GaN (gallium nitride) i ddarparu rheolaeth ddibynadwy ar MOSFETs. Mae gan lawer o ddylunwyr yn y diwydiant electroneg pŵer brofiad helaeth o weithio gyda Si MOSFETs, SiC a GaN MOSFETs ac maent yn ddefnyddwyr arbenigol. Mae gan weithgynhyrchwyr systemau ddiddordeb cynyddol mewn gwella effeithlonrwydd ynni eu dyluniadau. Er mwyn cyflawni safle blaenllaw yn y farchnad, mae'r cyfuniad o effeithlonrwydd ynni uchel a chost isel yn hanfodol. O safbwynt deunyddiau lled-ddargludyddion, mae'r maes wedi gwneud cynnydd sylweddol, ac erbyn hyn mae cynhyrchion sy'n gallu newid ar gyflymder uchel, a thrwy hynny gynyddu effeithlonrwydd lefel system tra'n lleihau maint.

Gyrwyr Giât Arunig{{0}Beth ydyn nhw, pam maen nhw'n cael eu defnyddio a sut maen nhw'n gweithio?

Dyfeisiau a reolir gan foltedd yw MOSFETs pŵer a ddefnyddir fel elfennau newid mewn cylchedau pŵer, gyriannau modur a systemau eraill. Y giât yw terfynell reoli wedi'i hynysu'n drydanol ar gyfer pob dyfais. Terfynellau eraill MOSFET yw ffynhonnell a draen.

Er mwyn gweithredu MOSFET, fel arfer mae angen gosod foltedd ar y giât (yn hytrach na'r ffynhonnell neu'r allyrrydd). Defnyddir gyrrwr pwrpasol i gymhwyso foltedd i giât y ddyfais pŵer a darparu cerrynt gyriant.

Defnyddir gyrwyr gatiau i droi dyfeisiau pŵer ymlaen ac i ffwrdd. I wneud hyn, mae gyrrwr y giât yn gwefru giât y ddyfais bŵer i'r foltedd troi ymlaen terfynol VGS (ON), neu mae cylched y gyrrwr yn gollwng y giât i'r foltedd diffodd terfynol VGS (OFF). I drosi rhwng dwy lefel foltedd y giât, mae rhywfaint o bŵer yn cael ei wasgaru yn y ddolen rhwng gyrrwr y giât, gwrthydd giât, a dyfais pŵer.

Heddiw, mae trawsnewidwyr amledd uchel ar gyfer cymwysiadau pŵer isel a chanolig yn defnyddio dyfeisiau rheoli foltedd giât fel MOSFETs yn bennaf.

Ar gyfer cymwysiadau pŵer uchel, y dyfeisiau gorau sy'n cael eu defnyddio ar hyn o bryd yw MOSFETs carbid silicon (SiC), sydd angen cerrynt gyriant uwch i droi'r switshis pŵer hyn ymlaen / i ffwrdd yn gyflym. Mae gyrwyr giât nid yn unig yn addas ar gyfer MOSFETs, ond hefyd ar gyfer dyfeisiau newydd yn y bandgap eang y mae ychydig o bobl yn unig yn ymwybodol ohono ar hyn o bryd, megis FETs carbid silicon (SiC) a gallium nitride (GaN) FETs.

Mwyhadur pŵer yw gyrrwr giât sy'n derbyn mewnbwn gan reolwr IC ac yn cynhyrchu cerrynt uchel priodol i yrru giât dyfais newid pŵer.

Mae'r canlynol yn grynodeb byr o'r rhesymau dros ddefnyddio gyrwyr clwydi:

rhwystriant gyriant giât

Swyddogaeth gyrrwr y giât yw troi dyfeisiau pŵer ymlaen ac i ffwrdd yn gyflym i leihau colledion. Er mwyn osgoi colledion traws-ddargludiad a achosir gan effaith Miller neu newid araf o dan lwythi penodol, rhaid i'r gyrrwr sefydlu'r oddi ar y wladwriaeth gyda rhwystriant is na'r ar-wladwriaeth ar y transistor gwrthwynebol. Mae ymyl gyriant giât negyddol yn chwarae rhan bwysig wrth leihau'r colledion hyn.

Anwythiad ffynhonnell

Dyma'r anwythiad a rennir gan ddolen gyfredol gyrrwr y giât a'r ddolen cerrynt allbwn. Mae ymyl foltedd gyriant giât negyddol ynghyd ag anwythiad arweiniol ffynhonnell yn cael effaith uniongyrchol ar gyflymder newid yr allbwn o dan lwyth, sef effaith diraddio ffynhonnell y inductance ffynhonnell (cyplau inductance arweiniol ffynhonnell yr allbwn newid cerrynt yn ôl i'r gyriant giât, a thrwy hynny arafu gyriant y giât).

Mae gyrrwr y giât yn gosod signal foltedd (VGS) rhwng giât (G) a ffynhonnell (S) y MOSFET pŵer wrth ddarparu pwls cerrynt uchel, fel y dangosir yn Ffigur 1.

· Galluogi codi tâl cyflym / gollwng CGS a CGD

· MOSFET pŵer ymlaen / i ffwrdd yn gyflym

Ffigur 1. Llwybr cerrynt gyriant giât

Pam Ynysiad Galfanig?

Mae angen ynysu galfanig ar gymwysiadau pŵer uchel i atal dolenni daear peryglus rhag cael eu sbarduno, a allai achosi sŵn, gan achosi i dir y ddau gylched fod ar wahanol botensial a thrwy hynny beryglu diogelwch y system. Gall y cerrynt mewn systemau o'r fath fod yn angheuol i bobl, felly rhaid sicrhau'r lefel uchaf o ddiogelwch. Mae ynysu trydanol neu galfanig yn cyfeirio at y cyflwr lle nad oes unrhyw gerrynt DC yn cylchredeg rhwng dau bwynt ar wahanol botensial.

Yn fwy manwl gywir, yn y cyflwr ynysu galfanig, mae'n amhosibl symud cludwyr o un pwynt i'r llall, ond gellir dal i gyfnewid ynni trydanol (neu signalau) trwy ffenomenau ffisegol eraill megis anwythiad electromagnetig, cyplu capacitive, neu olau. Mae'r cyflwr hwn yn cyfateb i wrthiant anfeidrol rhwng y ddau bwynt; yn ymarferol, mae gwrthiant hyd at tua 100 MΩ yn ddigonol. Os yw'r difrod yn gyfyngedig i'r cydrannau electronig, efallai na fydd angen ynysu diogelwch, ond os yw gweithgaredd dynol yn ymwneud â'r ochr reoli, mae angen ynysu galfanig rhwng yr ochr pŵer uchel a'r cylched rheoli foltedd isel. Mae'n amddiffyn rhag unrhyw ddiffygion ar yr ochr foltedd uchel, oherwydd hyd yn oed os oes difrod neu fethiant cydrannau, mae'r rhwystr ynysu yn atal y pŵer rhag cyrraedd y defnyddiwr. Mae ynysu yn orfodol gan asiantaethau rheoleiddio a chyrff ardystio diogelwch i atal y risg o sioc drydanol. Isod mae crynodeb o'r rhesymau dros eu defnyddio a'r dulliau o ynysu galfanig mewn llawer o gymwysiadau pŵer.

· Atal a gwrthsefyll ymchwyddiadau foltedd uchel sy'n niweidio offer neu'n peryglu bodau dynol yn ddiogel.

· Amddiffyn rheolwyr drud - systemau smart

·Goddef gwahaniaethau potensial mawr a dolenni daear dinistriol mewn cylchedau ag egni uchel neu wahaniadau hir

· Cyfathrebu'n ddibynadwy â chydrannau ochr uchel mewn perfformiad uchel foltedd uchel

Atebion

Ffigur 2. Heb fod yn ynysig ac yn ynysig

Canllaw Dewis Gyrwyr Giât Ynysig

Mae'r canlynol yn esbonio sut i ddewis gyrrwr giât ynysig. Er enghraifft, ar gyfer system â foltedd gweithredu is, gellir cysylltu'r ddyfais newid yn uniongyrchol â'r rheolydd cyn belled â bod foltedd gwrthsefyll y rheolydd o fewn yr ystod a ganiateir. Fodd bynnag, mae gyrrwr y giât yn elfen gyffredin yn y mwyafrif o drawsnewidwyr pŵer. Gan fod y gylched reoli yn gweithredu ar foltedd isel, ni all y rheolydd ddarparu digon o bŵer i agor neu gau'r switsh pŵer yn gyflym ac yn ddiogel. Felly, anfonir signal y rheolwr at yrrwr y giât, sy'n gallu gwrthsefyll pŵer uwch a gall yrru giât y MOSFET yn ôl yr angen. Mewn cymwysiadau pŵer uchel neu foltedd uchel, mae'r cydrannau yn y gylched yn destun gwibdeithiau foltedd mawr a cherhyntau uchel. Os bydd cerrynt yn gollwng o'r MOSFET pŵer i'r gylched reoli, gall y foltedd uchel a'r cerrynt yn y gylched trosi pŵer losgi'r transistor yn hawdd, gan achosi dadansoddiad difrifol o'r gylched reoli. Yn ogystal, rhaid i gymwysiadau pŵer uchel gael ynysu galfanig rhwng y mewnbwn a'r allbwn i amddiffyn defnyddwyr a dyfeisiau eraill.

Ystod Foltedd Gate Drive

Mae foltedd gweithredu'r trawsnewidydd yn dibynnu ar fanylebau'r elfen newid (fel Si MOSFET neu SiC MOSFET). Rhaid cadarnhau nad yw foltedd allbwn y trawsnewidydd yn fwy na gwerth uchaf foltedd giât yr elfen newid.

Dylai foltedd positif gyrrwr y giât fod yn ddigon uchel i sicrhau bod y giât wedi'i throi ymlaen yn llawn. Mae hefyd angen sicrhau nad yw'r foltedd gyrru yn fwy na'r foltedd giât uchaf absoliwt. Mae Si-MOSFETs fel arfer yn defnyddio foltedd gyriant o +12V, +15Mae V yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin i yrru SiC, a foltedd adwy GaN yw +5V. Gall foltedd adwy V 0- gadw pob dyfais yn y cyflwr diffodd. Yn gyffredinol, nid oes angen gyriant giât rhagfarn negyddol ar MOSFETs, a ddefnyddir weithiau ar gyfer SiC a GaN MOSFETs. Wrth newid cymwysiadau, argymhellir yn gryf defnyddio gyriant giât rhagfarn negyddol ar gyfer SiC a GaN MOSFETs oherwydd gall anwythiad parasitig a gyflwynir gan osodiad PCB nad yw'n ddelfrydol yn ystod newid di/dt a dv/dt uchel achosi modrwyo yn y foltedd gyriant ffynhonnell gât o y transistor pŵer. Mae'r canlynol yn folteddau gyriant giât cymwys ar gyfer pob dyfais newid.

Gallu ynysu

Mae'r gallu hwn yn cael ei bennu gan foltedd gweithredu'r system. Mae foltedd gweithredu'r system mewn cyfrannedd union â'r gallu ynysu. Un o baramedrau allweddol gyrrwr giât ynysig yw ei sgôr foltedd ynysu. Mae'r sgôr ynysu wedi'i gynllunio i atal folteddau dros dro annisgwyl rhag niweidio cylchedau eraill sy'n gysylltiedig â'r cyflenwad pŵer, felly mae cael y sgôr ynysu gywir yn allweddol i amddiffyn y defnyddiwr rhag gollyngiadau cerrynt a allai fod yn niweidiol. Yn ogystal, mae'r sgôr hon yn amddiffyn y signalau yn y trawsnewidydd rhag cael eu haflonyddu gan sŵn neu drosglwyddiadau foltedd modd cyffredin annisgwyl. Fel arfer mynegir y gwerth ynysu fel faint o foltedd y gall y rhwystr ynysu ei wrthsefyll. Yn y rhan fwyaf o daflenni data gyrrwr giât ynysig, mae'r foltedd ynysu wedi'i restru fel paramedrau fel y foltedd ynysu brig ailadroddus uchaf (VIORM), foltedd ynysu gweithio (VIOWM), foltedd ynysu dros dro uchaf (VIOTM), foltedd ynysu ymchwydd uchaf (VIOSM), a RMS foltedd ynysu (VISO). Po uchaf yw foltedd gweithredu'r system, yr uchaf yw gallu ynysu'r trawsnewidydd.

ON Mae gyrwyr gatiau ynysig Semiconductor yn cael eu profi o ran cynhyrchiant ar brofwr MPS (model MSPS-20).

Cynhwysedd ynysu

Y cynhwysedd ynysu yw'r cynhwysedd parasitig rhwng ochrau mewnbwn ac allbwn y trawsnewidydd. O'r fformiwla ganlynol, gallwn weld bod y cynhwysedd ynysu yn gymesur â'r cerrynt gollyngiadau.

Yn eu plith: Ileak: cerrynt gollyngiadau, fS: amlder gweithredu, CISO: cynhwysedd ynysu. VSYS: foltedd gweithredu system

Mae colli pŵer yn gymesur â cherrynt gollyngiadau. Os oes angen i'r system weithredu ar amlder gweithredu uchel a foltedd uchel, mae angen i ni dalu mwy o sylw i faint cynhwysedd ynysu'r trawsnewidydd er mwyn osgoi codiad tymheredd gormodol.

Imiwnedd dros dro modd cyffredin (CMTI)

Imiwnedd dros dro modd cyffredin (CMTI) yw un o'r prif nodweddion sy'n gysylltiedig â gyrwyr clwydi ynysig, yn enwedig pan fo'r system yn gweithredu ar amleddau switsio uchel. Mae hyn yn bwysig oherwydd gall symudwyr cyfradd uchel (amledd uchel) lygru trosglwyddiad data ar draws y rhwystr ynysu. Mae'r cynhwysedd ar draws y rhwystr ynysu (hy, rhwng yr awyrennau daear ynysu) yn darparu llwybr i'r symudiadau cyflym hyn groesi'r rhwystr ynysu a llygru'r tonffurf allbwn. Uned y paramedr nodweddiadol hwn fel arfer yw kV/uS.

Os nad yw CMTI yn ddigon uchel, gall sŵn pŵer uchel gyplu ar draws gyrrwr y giât ynysig, gan greu dolen gyfredol ac achosi gwefr i ymddangos wrth y giât switsh. Gall y tâl hwn, os yw'n ddigon mawr, achosi i yrrwr y giât gamddehongli'r sŵn hwn fel signal gyrru, a gall y saethu hwn achosi methiant cylched difrifol.

Ystyriaethau Gallu Gyrru Presennol

Po uchaf yw'r cerrynt giât y gellir ei gyrchu / suddo mewn cyfnod byr o amser, y byrraf yw amser newid gyrrwr y giât a'r isaf yw'r golled pŵer newid yn y transistor a yrrir.

Dylai'r ffynhonnell brig a cherhyntau sinc (ISOURCE ac ISINK) fod yn uwch na'r cerrynt cyfartalog (IG, AV), fel y dangosir yn Ffigur 3.

Ffigur 3. Diffiniad gallu gyrru cyfredol

Ar gyfer pob sgôr cerrynt gyrrwr, gellir cyfrifo'r uchafswm tâl giât QG yn fras y gellir ei newid yn yr amser a ddangosir fel a ganlyn: Mae sgôr gyfredol y gyrrwr gofynnol yn dibynnu ar faint o dâl gât y mae'n rhaid ei symud QG mewn faint o amser newid tSW−ON/ I FFWRDD, gan mai IG yw'r cerrynt giât cyfartalog yn ystod y switsio.

Lle mae tSW, ON/OFF yn cynrychioli pa mor gyflym y dylid troi'r MOSFET. Os nad yw'n hysbys, dechreuwch gyda 2% o'r cyfnod newid tSW.

Gellir cyfrifo ffynhonnell brig gyrrwyr giât yn fras a cheryntau sinc gan ddefnyddio'r fformiwlâu canlynol.

Ymlaen (Ffynhonnell Gyfredol)

Pan i ffwrdd (cerrynt suddo)

Lle QG yw'r tâl giât ar VGS=VCC, tSW, YMLAEN/DIFFODD=amser y switsh ymlaen/diffodd, 1.5=ffactor a bennir yn empirig (a effeithir gan oedi drwy'r cam mewnbwn gyrrwr a chydrannau parasitig)

Ystyriaethau Gwrthydd Giât

Wrth sizing gwrthydd y giât, mae'n bwysig ystyried lleihau'r foltedd cylchu a achosir gan anwythiad parasitig a chynhwysedd. Fodd bynnag, bydd yn cyfyngu ar allu cyfredol allbwn gyrrwr y giât. Gellir cael y gwerthoedd gallu cerrynt cyfyngedig oherwydd y gwrthyddion giât troi ymlaen a diffodd gan ddefnyddio'r fformiwlâu canlynol.

Yn eu plith: ISOOURCE: cerrynt ffynhonnell brig, ISINK: cerrynt sinc brig, VOH: gostyngiad foltedd allbwn lefel uchel, VOL: gostyngiad foltedd allbwn lefel isel

AR Gyrwyr Giât Unig Lled-ddargludydd

Mae ON Semiconductor yn cynnig amrywiaeth o yrwyr giât ynysig yn seiliedig ar drawsnewidwyr di-graidd integredig wedi'u cyplysu'n fagnetig, sy'n addas ar gyfer cymwysiadau lle mae cyflymder newid yn uchel iawn a chyfyngiadau maint system yn bodoli, a gallant reoli Si MOSFETs a SiC FETs yn ddibynadwy.

Rydym yn cynnig cynhyrchion ynysu swyddogaethol ac wedi'u hatgyfnerthu sydd wedi'u hardystio i UL 1577, SGS FIMKO IEC 62368-1, a CQC GB 4943.1. Mae ein gyrwyr clwydi ynysig yn cynnwys cynhyrchion ardystiedig diwydiannol a modurol.

Mae'r gyrwyr clwydi ynysig hyn yn integreiddio amrywiaeth o nodweddion i wrthsefyll lefelau CMTI uchel, cael opsiynau UVLO lluosog, a darparu oedi lluosogi cyflym (gan gynnwys diffyg cyfatebiaeth oedi byr) ac afluniad lled pwls lleiaf posibl.

Yn benodol, bydd cynhyrchion newydd ON Semiconductor sydd ar ddod yn darparu dull syml o gynhyrchu tuedd negyddol yn y ddolen gyrru giât, sy'n addas ar gyfer gyrru SiC MOSFETs. Mae'r gogwydd negyddol hwn yn ddefnyddiol os yw gosodiad y PCB a/neu'r gwifrau pecyn yn creu modrwyo uchel yn y transistor pŵer Vg. Mae'r modrwyo foltedd adwy hwn fel arfer yn digwydd o dan amodau newid di/dt a dv/dt uchel. Er mwyn cadw'r modrwyo o dan y foltedd trothwy i atal troi ymlaen annilys, mae tuedd negyddol fel arfer yn cael ei gymhwyso i yrrwr y giât. Mae opsiynau gwahanol ar gael i gynhyrchu -2V, -3V, -4V a -5V i weddu i bob ffurfweddiad. ON Mae gyrwyr gatiau ynysig Semiconductor ar gael mewn amrywiaeth o opsiynau pecyn, gan gynnwys amrywiadau bach LGA a SOIC 8-pin i 16-pin.

Isod mae nodweddion allweddol, manylebau trydanol ac ardystiadau cysylltiedig â diogelwch teulu gyrrwr giât ynysig ON Semiconductor.

Tabl 1 .

- Yn cael ei ddatblygu

- Dewisol, ar gael ar gais

- Arfaethedig

Offer cymorth gyrrwr giât ynysig

Mae'r holl ddogfennau cysylltiedig ar gyfer gyrwyr gatiau ynysig galfanig ar gael ar hafan ON Semiconductor, gan gynnwys taflenni data, offer dylunio a datblygu, modelau efelychu, nodiadau cais, dogfennaeth bwrdd gwerthuso, adroddiadau cydymffurfio, ac ati.

Mae'r prif yrwyr cysylltiedig yn cynnwys:

● NCP51560

● NCP51561 和 NCV51561

● NCP51563 和 NCV51563