Projektowanie tranzystorów SiC MOSFET w celu poprawy sprawności przemienników trakcyjnych w pojazdach elektrycznych

Sterownik bramek NCP51705MNTXG posiada również programowaną blokadę pracy przy zbyt niskim napięciu (UVLO). Jest to ważna funkcja przy sterowaniu tranzystorów SiC MOSFET, ponieważ sygnał wyjściowy komponentu przełączającego powinien być wyłączony do momentu, gdy napięcie VDD przekroczy znaną wartość progową. Dopuszczenie do sytuacji, w której sterownik przełącza tranzystor MOSFET przy niskim napięciu VDD może spowodować uszkodzenie urządzenia. Programowalna blokada pracy przy zbyt niskim napięciu (UVLO) w układzie NCP51705MNTXG nie tylko chroni obciążenie, ale również potwierdza kontrolerowi, że przyłożone napięcie VDD jest powyżej progu włączenia. Próg załączenia blokady pracy przy zbyt niskim napięciu (UVLO) jest ustawiany za pomocą pojedynczego rezystora pomiędzy UVSET i SGND (ilustracja 5).

Ilustracja 5: Wartość progowa załączenia blokady pracy przy zbyt niskim napięciu (UVLO) dla tranzystora SiC MOSFET NCP51705MNTXG jest ustawiana przez rezystor UVSET (RUVSET), który jest dobierany zgodnie z żądanym napięciem załączenia blokady UVLO, VON. (Źródło ilustracji: ON Semiconductor).

Izolacja cyfrowa dla przemienników trakcyjnych

Aby ukończyć projekt przemiennika trakcyjnego, inżynier musi zapewnić odizolowanie elektroniki pojazdu po stronie niskiego napięcia od wysokich napięć i prądów przepływających przez przemiennik (ilustracja 2 powyżej). Jednak ponieważ mikroprocesor sterujący sterownikami bramek wysokiego napięcia (HV) znajduje się po stronie niskiego napięcia (LV), izolacja musi umożliwiać przejście sygnałów cyfrowych z mikroprocesora do sterowników bramek. Firma ON Semiconductor oferuje również szybki, dwukanałowy, dwukierunkowy ceramiczny izolator cyfrowy NCID9211R2 realizujący tę funkcję.

Izolowany galwanicznie, pełnodupleksowy izolator cyfrowy NCID9211R2 umożliwia przesyłanie sygnałów cyfrowych pomiędzy systemami bez przewodzenia pętli masy lub niebezpiecznych napięć. Urządzenie charakteryzuje się maksymalną izolacją roboczą 2000Vpeak, tłumieniem sygnału wspólnego 100kV/ms oraz przepustowością danych 50Mbit/s.

Kondensatory ceramiczne poza układem scalonym tworzą barierę izolacyjną, jak pokazano na ilustracji 6.

Ilustracja 6: Schemat blokowy ilustrujący pojedynczy kanał izolatora cyfrowego NCID9211R2. Kondensatory poza układem scalonym tworzą barierę izolacyjną. (Źródło ilustracji: ON Semiconductor)

Sygnały cyfrowe są transmitowane przez barierę izolacyjną z wykorzystaniem kluczowania włącz-wyłącz (OOK). Po stronie nadajnika stan logiczny wejścia VIN jest modulowany sygnałem nośnym o wysokiej częstotliwości. Powstały sygnał jest wzmacniany i przesyłany do bariery izolacyjnej. Strona odbiorcza wykrywa sygnał barierowy i demoduluje go przy użyciu techniki detekcji obwiedni (ilustracja 7). Sygnał wyjściowy określa stan logiczny wyjścia VO, gdy sterowanie zezwoleniem wyjścia EN jest w stanie wysokim. VO domyślnie przyjmuje stan niski o wysokiej impedancji, gdy zasilanie nadajnika jest wyłączone lub wejście VIN jest odłączone.

Ilustracja 7: Izolator cyfrowy NCID9211 wykorzystuje modulację OOK do przesyłania informacji cyfrowych przez barierę izolacyjną. (Źródło ilustracji: ON Semiconductor)

Podsumowanie

Tranzystory mocy SiC MOSFET są dobrym rozwiązaniem dla wysokosprawnych przemienników trakcyjnych o wysokiej gęstości mocy w pojazdach elektrycznych, ale ich charakterystyka elektryczna stawia wyjątkowe wyzwania projektowe w odniesieniu do sterowników bramek i ochrony urządzeń. Dodatkowym wyzwaniem dla inżynierów jest zapewnienie wysokiego poziomu izolacji przemiennika trakcyjnego od wrażliwych układów elektronicznych strony niskonapięciowej pojazdu.

Aby ułatwić projektowanie, firma ON Semiconductor oferuje szereg tranzystorów SiC MOSFET, specjalistyczne sterowniki bramek i izolatory cyfrowe, które pomagają w sprostaniu wymaganiom przemienników trakcyjnych i uzyskaniu lepszej równowagi między dużym zasięgiem i wysokimi osiągami nowoczesnych pojazdów elektrycznych.

Autor: Steven Keeping

Źródło ©: www.digikey.pl

Kontakt w Polsce

Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl