SCALE-iDriver™ de la POWER INTEGRATIONS™. − disponibil la CODICO − este un driver poartă IGBT inovativ ce aduce multe avantaje unui invertor de comandă pentru motoare. Articolul de față analizează posibilitatea de a reduce costurile la nivel de sistem prin utilizarea acestui driver poartă de la POWER INTEGRATIONS™.
Comutarea în stare off a unui IGBT cu tensiune negativă prin utilizarea unei surse de tensiune unipolare
Ideea de a lucra cu o sursă de tensiune unipolară pentru a comuta IGBT-uri nu este nouă. Problema de până acum a fost aceea că tensiunea de oprire este 0V și nu negativă. Numeroase proiecte au eșuat în trecut datorită unor treceri parazite în starea ON din cauza variaților dV/dt din sistem. Tensiunea de prag tipică a unui IGBT este în jur de 6V. Dacă o tensiune parazită între Poartă și Emitor apare în plaja de 6V, IGBT-ul poate trece în stare ON, putând conduce la oprirea unui sistem.
SCALE-iDriver™ dispune de un stabilizator de tensiune integrat pentru tensiunea de trecere în stare ON. Aceasta înseamnă că tensiunea de alimentare poate fi o sursă unipolară și nestabilizată de 22V-30V (Vtot). SCALE-iDriver™ generează o tensiune stabilizată de +15V pentru a porni IGBT-ul. Tensiunea de oprire este diferența dintre tensiunea de alimentare și cea stabilizată de +15V.
Exemplu: Vtot = 22V → Voff = -(22V-15V) = -7V
REDUCERI DE COST
• Utilizarea unui simplu transformator (disponibil în curând de la POWER INTEGRATIONS)
• Mai puține rectificatoare pentru necesitatea DC/DC
• Nu este nevoie de stabilizator de tensiune extern
• Nu este nevoie de diodă supresoare pentru poartă. Protecția Emitorului (o simplă diodă de la poartă la +15V)
Reducerea barierelor izolatoare ale senzorilor cu un driver poartă izolat (conform cu VDE0884-10/17)
Majoritatea driverelor pentru motoare utilizează senzori de viteză sau senzori de curent pentru a obține o reacție despre starea motorului.
Din perspectiva costului, aceste semnale nu ar trebui să fie transferate peste o barieră de izolație la un microprocesor, care este conectat la o tensiune înaltă. Pentru optimizarea costului – și în majoritatea cazurilor un sfat tehnic înțelept – cea mai bună soluție este un microprocesor pe nivel SELV (potențial pământ) după cum este arătat în figura de mai jos.
Prin urmare, însă, este necesar un driver poartă izolat consolidat.
Izolația galvanică consolidată a SCALE-iDriver™ este oferită de izolatorul inovativ FluxLink™ de la Power Integrations. FluxLink™ este o tehnologie magneto-inductivă pentru a transfera semnalele de comandă PWM de la primar (IN) la secundar. Mulțumită acestei tehnologii, SCALE-iDriver™ furnizează izolație sigură între partea primară (LDI) și partea secundară, chiar și dacă cipul din partea secundară (IGD) s-a ars datorită unei probleme IGBT.
REDUCERI DE COST
• Nu mai este nevoie de barieră izolatoare pentru semnalele de comandă și de reacție
• Mai puține costuri pentru barierele izolatoare pentru alți senzori
• Reducerea eforturilor de certificare și calificare
• Cea mai ridicată calitate a invertorului
Mai puține componente necesare pentru a obține valorile de curent de vârf necesare
Până acum, SCALE-iDriver™ este disponibil cu ieșire de 2.5A, 5A și 8A. Ieșirea de 8A este cea mai ridicată ieșire de curent pentru drivere de poartă disponibilă pe piață. Până la 8A nu este nevoie de un ridicător extern. Acest semnal de 8A este stabilizat și este disponibil pe întreg domeniul de temperatură ambientală de la -40°C la 125°C.
Pentru a porni și opri curentul sunt oferiți doi pini separați. Nu sunt necesare diode externe pentru a împărți pornirea și oprirea curentului. Ținând cont de stabilizarea internă a curentului pe întreg domeniul de temperatură, nu mai este nevoie nici de rezistențele externe pe poartă.
REDUCERI DE COST
• Nu este nevoie de circuit ridicător extern până la 8A
• Nu este nevoie de diode pentru a separa RGon și RGoff
• Posibil să nu fie nevoie de rezistențe pe poartă
Utilizarea unor IGBT-uri mai mici
SCALE-iDriver™ are un nivel de ieșire MOSFET cu canal N, care conduce la o impedanță de ieșire foarte redusă. Curentul de ieșire poate fi mai mare prin utilizarea acelorași rezistențe de poartă comparativ cu alt driver cu același curent nominal. Măsurătorile au arătat că în acest fel pot fi reduse pierderile de trecere în stare ON (EON) ale unui IGBT cu până la 70%. În același timp, pierderile la trecerea în starea OFF (EOFF) sunt la fel. În funcție de frecvența de comutație și de criteriul de proiectare pentru selectarea curentului IGBT, această reducere a pierderilor în comutație poate conduce la un IGBT mai mic și mai economic.
REDUCERI DE COST
• Utilizarea unui IGBT mai mic
Protecție integrată la supracurent: Mai puțini senzori de curent și electronica necesară
Protecția IGBT-ului la supracurent reprezintă o necesitate pentru fiecare driver de motor. În majoritatea aplicațiilor IGBT, utilizarea unui driver poartă cu detecția de-saturării (DESAT detection) protejează IGBT-ul împotriva curenților ridicați care ar putea conduce la distrugerea sa. Principiul este acela că un IGBT se de-saturează la aproape de patru ori din valoarea curentului nominal. Apoi IGBT-ul obține o impedanță ridicată, iar tensiunea Colector-Emitor (Vce) va crește până la tensiunea legăturii DC. Detecția DESAT poate detecta această tensiune, iar driverul va închide în siguranță IGBT-ul. Din păcate, detecția DESAT tipică, poate conduce la excursii false datorită recuperării directe – în special în aplicații cu sarcini dinamice, precum drivere pentru servomotoare – după așa numitul timp de suprimare.
De aceea, majoritatea producătorilor de invertoare elimină funcția DESAT și utilizează alte soluții, precum măsurarea curentului cu senzori de curent costisitori. Este necesar un senzor de curent pentru fiecare fază, astfel încât trebuie trei senzori de curent pentru un invertor trifazat. Ideal, design-ul trebuie să ajute la trecerea IGBT-ului în stare OFF înainte de a atinge de două ori curentul nominal.
Acest lucru înseamnă un efort ingineresc însemnat și, de asemenea, este necesară o adaptare software pentru fiecare driver de motor diferit.
Detecția DESAT a SCALE-iDriver™ oferă un timp de răspuns în loc de timp de suprimare. Vârfurile scurte de tensiune sunt ignorate, iar detecția DESAT poate fi utilizată din nou pentru protecția la supracurent în cazul servomotoarelor.
După detectarea unui eveniment de DESAT, SCALE-iDriver™ va trece IGBT-ul în stare OFF cu ajutorul funcției sale patentate ASSD (funcție avansată de închidere lină).
Acest principiu al ASSD este o reacție de poartă în buclă închisă, care lucrează fără componente externe suplimentare. Evenimentul de scurtcircuit va fi raportat de pinul SO din partea primară. Prin gestionarea supracurentului cu driverul, nu este nevoie să se cunoască valoarea curentului pe fiecare fază. Curentul pe sistemul trifazat poate fi acum măsurat cu circuitul de măsurare Aron, care necesită numai doi senzori de curent.
REDUCERI DE COST
• Utilizarea unui lanț de rezistențe în locul unor diode de înaltă tensiune
• Mai puțin efort pentru detecție curent / procesare semnal
• Sunt necesari numai doi senzori de curent pentru curent AC
• Fără software de adaptare pentru curenți diferiți
ALTE AVANTAJE ALE SCALE-IDRIVER™
• FluxLink™ ca tehnologie de izolație bazată pe transformator
• Intrare CMOS de 5V, ieșire deschisă pentru eroare de funcționare
• Blocare la subtensiune pentru partea primară și cea secundară
• Temperatura ambientală între -40 și 125°C
• Temperatura maximă a carcasei: 150°C
• Placă PCB cu două straturi gata proiectată
• Cerificare UL (E358471)
• Frecvență de comutație ridicată, de 250kHz
• Robustețe înaltă EMC
Autor: Kevin Lenz, Field Application Engineer, POWER INTEGRATIONS GmbH
Dacă sunteți interesați de mai multe informații vă rugăm să intrați în contact cu dl. Ivan Mitic, Regional Sales Manager la CODICO.
Ivan Mitic
ivan.mitic@codico.com
+43 1 86 305-194
CODICO | www.codico.com | www.codico.com/shop
