Prąd szczytowy izolowanych sterowników bramek tranzystorów

Drugim warunkiem testu jest dostrojenie wszystkich trzech sterowników tak, aby czasy narastania i opadania były podobne, a następnie eksploatacja części ze stałą częstotliwością przełączania w celu oceny parametrów termicznych. Jak pokazuje rysunek 8, ADuM4221 miał najkrótsze czasy narastania i opadania, pozwalając na większy zewnętrzny szeregowy rezystor bramkowy w celu dopasowania czasów narastania do innych przetworników. Stwierdzono, że zewnętrzny szeregowy rezystor bramki o rezystancji 1,87 Ω pozwolił ADuM4221 uzyskać podobne czasy narastania i opadania, jak w przypadku Konkurenta 1 (z 0,91 Ω) i Konkurenta 2 (z 0,97 Ω). Oporność wyłączonego ADuM4221 została ustawiona na 0,97 Ω. Przebiegi wejściowe i wyjściowe pokazano na rysunku 10.

Rysunek 10. Dostrojone zbocza narastające/opadające wszystkich trzech sterowników. Kanał 1 = wejście, Kanał 2 = ADuM4221, Kanał 3 = Konkurent 1, i Kanał 4 = Konkurent 2.

Przy równoważnych czasach narastania i opadania całki przebiegów prądu są porównywalne, a straty przełączania obserwowane w urządzeniu zasilającym będą porównywane w aplikacji. Używając większego zewnętrznego szeregowego rezystora bramkowego, większa część obciążenia termicznego może być współdzielona poza izolowany sterownik bramki. Rysunek 11, 12 i 13 przedstawiają obrazy termiczne z działania trzech badanych driverów, pracujących w tej samej temperaturze otoczenia z częstotliwością przełączania 100 kHz, napięciem strony wtórnej 15 V i pojemnością obciążenia 100 nF.

Rysunek 11: Obraz termiczny ADuM4221.

Rysunek12: Obraz termiczny Konkurenta 1.

Rysunek 13: Obraz termiczny Konkurenta 2.

Celownik kamery termowizyjnej jest wycelowany w wyjście z izolowanych sterowników bramek. Jasny punkt po prawej stronie każdego z nich to zewnętrzny szeregowy rezystor bramkowy. Rysunek 11 pokazuje, że zewnętrzny szeregowy rezystor bramkowy jest gorętszy niż na dwóch pozostałych obrazach termicznych. To jest oczekiwana sytuacja i jest pożądana, ponieważ pozwala a rozpraszanie mniejszej ilości ciepła na samym driverze. Wszystkie trzy układy działają przy tej samej częstotliwości przełączania i tej samej pojemności obciążenia, więc całkowita rozpraszana moc jest taka sama. Im więcej mocy jest rozpraszane w zewnętrznych rezystorach, tym mniej energii jest rozpraszane w samym układzie scalonym sterownika bramki.

Konkurent 1 pracuje z temperaturą powierzchni układu scalonego wyższą o 35,3°C niż ADuM4221, co wykazuje ograniczenie termiczne ze strony konkurenta z powodu wyższego RDS(ON). Podobnie, rozpraszanie mocy w Konkurencie 2 prowadzi do wzrostu temperatury powierzchni o 18,9°C w porównaniu z ADuM4221, co skutkuje większym nagrzewaniem sterownika bramki dla tych samych warunków pracy. To pokazuje, że właściwości termiczne wynikające z niższych rezystancji wewnętrznych są ważne do rozważenia przy wyborze sterownika bramki. Ten wzrost temperatury jest ważny podczas pracy w wyższych temperaturach otoczenia. Tabela 2 zawiera zebrane wyniki testów.

Tabela 2. Porównanie wydajności cieplnej: niższa temperatura jest lepsza

Wnioski

Ponieważ wartości znamionowe prądu są najczęściej podawane różnie, sformułowanie opinii na temat siły sterowania różnych driverów na podstawie pobieżnego spojrzenia na kartę katalogową może być mylące. Ten brak przejrzystości w definicji prądu szczytowego może spowodować sprzedaż zbyt dużej lub zaniżonej wartości części i znacząco wpłynąć na jej szanse na wybranie do konkretnego zastosowania, zanim zostanie ona dokładnie oceniona przez klienta. Aby zapewnić uczciwe porównanie, konieczne jest zestawienie prądów szczytowych zmierzonych w podobny sposób. Przy ocenie izolowanych sterowników bramek należy wziąć pod uwagę znaczenie zapasu termicznego i niskiego RDS(ON). Chociaż dwa sterowniki bramek mogą być dostrojone do tych samych wartości, wybór sterownika z niższym RDS(ON) pozwala na zwiększenie zapasu termicznego i większą elastyczność w zakresie szybkości przełączania.

O autorach

Ryan Schnell jest inżynierem aplikacji w firmie Analog Devices. Ryan ma doświadczenie w systemach zasilania i sterowania. Obecnie koncentruje się na definiowaniu i opracowywaniu izolowanych sterowników bramek, które wykorzystują technologię iCoupler®. Posiada tytuł magistra inżyniera elektrotechniki oraz doktorat z zakresu energoelektroniki na University of Colorado. Można się z nim skontaktować pod adresem ryan.schnell@analog.com.

Sanket Sapre jest inżynierem aplikacji w firmie Analog Devices. Pracuje w grupie interfejsów i izolacji, koncentrując się na izolowanych sterownikach bramek, które wykorzystują technologię iCoupler®. Posiada licencjat z inżynierii elektronicznej, zrealizowany na Uniwersytecie w Bombaju i magisterium z elektrotechniki z University of Colorado w Boulder. Można się z nim skontaktować pod adresem sanket.sapre@analog.com.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © Analog Devices