Tamura wysteruje Twój MOSFET SiC

| Prezentacje firmowe

Coraz większa popularność i dostępność tranzystorów dużej mocy z materiałów półprzewodnikowych o szerokiej przerwie energetycznej, jak azotek galu i węglik krzemu, powoduje, że na rynku pojawiają się specjalistyczne rozwiązania sterowników (driverów) dla takich elementów. Zapewniają one szybką i pewną komutację tranzystora, mają liczne obwody ochronne i stanowią pomost między stopniem mocy, a elementami sterującymi takimi jak mikrokontroler. W artykule przedstawiamy takie rozwiązania japońskiej firmy Tamura.

Tamura wysteruje Twój MOSFET SiC

Zadaniem drivera jest zamiana sygnału sterującego dostarczanego przez procesor sygnałowy lub mikrokontroler na sygnał o dużej mocy wymagany do szybkiego i bezpiecznego przeładowania pojemności wejściowej tranzystora dużej mocy. Sterownik taki dostarcza na wyjściu dodatniego napięcia wymaganego do otwarcia kanału oraz napięcia ujemnego wymaganego do szybkiego wyłączenia. Aby zminimalizować czas przełączania i tym samym ograniczyć straty komutacyjne, driver musi mieć dużą wydajność prądową, która jest niezbędna do tego, aby proces przeładowania pojemności bramka- źródło w tranzystorze mocy był jak najszybszy.

 
Rys. 1. Schemat wewnętrzny modułu drivera

Kolejnym zadaniem drivera jest zapewnienie izolacji galwanicznej między wejściem, a więc obwodami dołączonymi bezpośrednio do wrażliwych układów cyfrowych i elementów, do których użytkownik ma dostęp, a obwodami mocy zasilanymi wysokim napięciem sieci energetycznej. Izolacja galwaniczna drivera decyduje o bezpieczeństwie i dlatego jest kluczową funkcjonalnością drivera.

Duże wymagania dla izolacji wynikają też z tego, że większość obwodów mocy budowana jest w układzie mostkowym, a więc zawierają one tzw. górne i dolne tranzystory włączane na przemian. O ile sterowanie dolnego tranzystora, który ma źródło połączone z masą nie jest problemem, o tyle "masa" dla górnego tranzystora jest połączona z wyjściem i jej potencjał nie jest stały. Stąd driver musi przenieść sygnał wejściowy na ten pływający poziom odniesienia.

 
Rys. 2. Przykładowa aplikacja

Ostatni kłopot związany ze sterowaniem górnych tranzystorów w układzie mostkowym jest taki, że napięcie na bramce tego tranzystora w stanie załączenia musi być wyższe o kilkanaście woltów od napięcia zasilania. Stąd driver musi być zasilany wyższym napięciem niż stopień mocy. Z tego powodu w rozwiązaniach niższej mocy stosuje się układ bootstrapu podbijający napięcie za pomocą kondensatora, a w tych o większej mocy driver zawiera wbudowaną przetwornicę zaporową dostarczającą energii do jego działania.

Sterowniki Tamury

 
Rys. 3. Wersja modułu kompletna (2DU, 2DUB)

W ofercie firmy Tamura dostępne są specjalizowane zintegrowane rozwiązania driverów tranzystorów mocy z serii 2DM. Mają one wbudowaną wielowyjściową przetwornicę DC-DC zasilającą oraz układ sterujący z izolacją galwaniczną wytrzymującą napięcie 2,5 kV, przy odstępie izolacyjnym 6 mm (rys. 1). Ich atutem jest niewielka pojemność rozproszona izolacji (typ. 9 pF) i mała pojemność we-wy (tylko 15 pF), co ogranicza przenikanie zakłóceń i sygnałów wspólnych z wyjścia na wejście, małe wymiary (wysokość jedynie 12,5 mm). Jeden driver może sterować dwoma tranzystorami (górnym i dolnym). Izolacja galwaniczna jest realizowana przez sprzężenie magnetyczne, co zapewni mały czas propagacji sygnału, typowo 100 ns, pozwalający na działanie z dużą szybkością kluczowania bez zagrożenia przewodzeniem skrośnym.

Drivery są zasilane napięciem stałym o wartości 13–28 V, a wbudowany konwerter DC-DC z izolacją dostarcza dwa napięcia zasilające podawane do elementów połączonych z górnym i dolnym tranzystorem mocy.

Drivery z rodziny DM mają wbudowane wszechstronne zabezpieczenia. Są to obwody nadprądowe, zabezpieczenie termiczne, blokada UVLO. Realizują też neutralizację efektu Millera i wykrywają możliwość niepełnego nasycenia tranzystorów mocy. Jest też wyjście ready/fault.

 
Rys. 4. Moduł 2DMB bez elementów z otoczenia tranzystorów mocy

Moduł sterownika sprzedawany jest w postaci niewielkiej płytki drukowanej, na której zamontowana jest przetwornica DC-DC oraz sterowniki tranzystorów. Całość stanowi gotową do implementacji konstrukcję.

Kompletna rodzina sterowników firmy Tamura zawiera ponadto rozwiązania modułów w wersji gotowej, a więc z rezystorami ograniczającymi maksymalny prąd bramki tranzystorów, kondensatorami (rys. 3). Jest też wersja uniwersalna, do której te elementy można dołączyć z zewnątrz (rys. 4).

Dystrybutorem Tamury w Polsce jest firma Glyn.

Tamura

Zobacz również