Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 42) – Dispositivi discreti: una valida alternativa ai MOSFET integrati (parte 1 di 2)

Nella progettazione delle soluzioni di alimentazione, molto spesso i progettisti devono affrontare il problema della limitazione alla corrente di comando disponibile dal proprio circuito integrato di controllo o della dissipazione eccessiva di alimentazione presente nello stesso, a causa delle perdite provenienti dal comando di gate. Per contrastare tali problemi, vengono spesso utilizzati driver esterni. I produttori di semiconduttori (tra cui TI) dispongono di soluzioni basate su driver MOSFET pronte all’uso, sotto forma di circuiti integrati. Tuttavia, tale approccio si rivela in genere costo Spesso la soluzione può essere basata su componenti discreti al costo di pochi centesimi.

Fig. 1 – Un semplice buffer può gestire oltre 2 Amp

Lo schema in figura 1 mostra una coppia di inseguitori di emettitore NPN/PNP, utilizzabile per limitare l’uscita di un circuito integrato di controllo. Ciò incrementa potenzialmente la capacità di comando del controller e sposta la dissipazione della potenza di comando sui componenti esterni. Molti ritengono che questo particolare circuito non sia in grado di erogare una corrente di comando sufficiente.

Come mostrato nelle curve h_fe della figura 2, i produttori non forniscono in genere dati superiori a 0,5 A per tali dispositivi a bassa corrente. Tuttavia, il circuito presenta una disponibilità di corrente ben superiore a 0,5 Amp, come mostrato nella forma d’onda scope riportata in figura 1. Per questa forma d’onda, il buffer è stato azionato con una sorgente da 50 Ohm e caricato con un condensatore da 0,01 uF collegato in serie con un resistore da 1 Ohm.

Fig. 2 – I driver a corrente elevata come il modello FMMT618 possono dare un comando molto forte (Superiore: MMBT3904 / Inferiore: FMMT618)

La traccia mostra la tensione presente tra il resistore da 1 Ohm, pertanto la scala sul grafico è pari a 2 Amp per divisione. Tale figura mostra inoltre che il modello MMBT2222A è in grado di erogare quasi 3 Amp, mentre il modello MMBT3906 si attesta a una dissipazione di 2 Amp.

Nella realtà, i transistor verrebbero accoppiati ai relativi complementi (MMBT3904 per 3906 e MMBT2907 per 2222). Queste due soluzioni sono stati mostrate a scopo di confronto. Sono inoltre disponibili dispositivi con una capacità di corrente superiore e con valori h_fe superiori, come la coppia FMMT618/718, che presenta un valore h_fe quasi pari a 100 a 6 Amp di corrente (Fig. 2). Pur non essendo dotati dell’eleganza di un driver integrato, i modelli discreti rappresentano soluzioni economiche con capacità ottimizzate sia dal punto di vista termico che della cdriving capability.

La figura 3 mostra una variazione al buffer semplice che consente di superare un limite di isolamento. Un trasformatore di livello di segnale viene azionato mediante un segnale di comando bipolare simmetrico. Il secondario del trasformatore viene utilizzato per generare potenza per il buffer oltre che per emettere il segnale di ingresso al buffer. I diodi D1 e D2 raddrizzano la tensione dal trasformatore mentre i transistor Q1 e Q2 limitano l’impedenza di uscita del trasformatore per fornire grandi impulsi di corrente, da utilizzare per caricare e scaricare il gate di un FET collegato attraverso l’uscita. Tale circuito è estremamente efficace e presenta un duty cycle del 50% (vedere il segnale di comando inferiore in Fig. 3), dato che azionerà il gate del FET negativo e fornirà un rapido spegnimento, riducendo al minimo le perdite di commutazione. Ciò lo rende ideale per il convertitore a ponte interno con variazione di fase.

Fig. 3 – Con pochi componenti in più è possibile costruire un driver isolato

Se si utilizza una forma d’onda di comando superiore al 50% (Fig. 3), considerare la possibile soluzione per il trasformatore. Ciò contribuisce a evitare un’accensione errata del FET a causa delle oscillazioni transitorie successive alle transizioni. Una transizione quasi inesistente può portare a oscillazioni transitorie legate alla capacità secondaria e all’induttanza di dispersione, oltre che produrre una tensione positiva dal trasformatore.

Riassumendo, i driver discreti consentono di ottenere notevoli risparmi. Circa 0,04 centesimi di dollari di investimento in componenti discreti equivalgono a un investimento oltre dieci volte superiore in circuiti integrati per driver. I driver discreti possono fornire correnti di comando superiori a 2 Amp, allegerendo il compito del integrato di controllo. Inoltre, eliminano le elevate correnti di commutazione dai circuiti integrati di controllo, ottimizzando le prestazioni di regolazione e rumore.

Nel prossimo incontro saranno discussi i semplici circuiti di comando di gate FET, analizzando le unità per raddrizzatori sincroni.

Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: http://www.ti.com/power-ca

Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Leggi tutti i corsi

Robert Kollman, Texas Instruments

Contenuti correlati

• 
  Soluzioni Green: un aiuto all’IoT

  I progressi nell’Energy Harvesting e nelle tecnologie a basso consumo riducono la dipendenza dei dispositivi IoT da batterie e cavi Leggi l’articolo completo su EO 506
• 
  Come misurare la corrente su più decadi in applicazioni BMS a 48 V 

  Le problematiche da affrontare per la misura della corrente su un massimo di cinque decadi e i metodi per risolverli in modo efficace Leggi l’articolo completo su EO 506
• 
  Da Mouser il DAC63202 di TI per calcoli ad alte prestazioni

  Mouser Electronics ha aggiunto alla sua offerta di DAC il convertitore di precisione DAC63202 di Texas Instruments (TI). Questo modello a 12 bit (così come il DAC53202 a 10 bit) è un dispositivo intelligente a doppio canale,...
• 
  Architettura a zone: la via migliore verso i veicoli completamente software-defined

  Questo articolo analizza la transizione verso i veicoli software-defined e come il passaggio a un’architettura elettrica/elettronica (E/E) a zone riguardi sfide relative alla distribuzione dell’alimentazione, sensori attuatori e comunicazione dei dati Leggi l’articolo completo su Embedded 86...
• 
  Texas Instruments progetta un nuovo PDC a Francoforte

  Texas Instruments ha annunciato l’apertura, entro la fine del 2024, di un nuovo centro di distribuzione dei prodotti (PDC) a Francoforte, in Germania. Questa nuova struttura permetterà di ampliare la presenza europea dell’azienda e consentirà di effettuare...
• 
  Texas Instruments a electronica punterà sull’elettrificazione

  Texas Instruments focalizzerà la sua presenza a electronica 2022 sulle tecnologie per dare una “spinta all’elettrificazione”. Sarà infatti possibile vedere i più recenti sviluppi nella ricarica dei veicoli elettrici (EV), nell’elettrificazione dei veicoli, nei sistemi avanzati di...
• 
  Come ottenere un campo visivo di 360° mediante un LIDAR a scansione meccanica con motori BLDC

  I veicoli autonomi con LIDAR a scansione meccanica rappresentano un interessante sviluppo in campo automobilistico Leggi l’articolo completo su EO Power 29
• 
  Topologie e tecniche per la conversione DC/DC: un’introduzione

  Per molte apparecchiature elettroniche, sia che si tratti di un complesso sistema di infotainment oppure di un semplice sensore IIoT alimentato a batteria, è necessario effettuare una conversione di potenza di qualche tipo. Tuttavia, per la conversione...
• 
  Toshiba annuncia un driver compatto per motori passo-passo da 4,5V a 33V

  Toshiba Electronics Europe ha realizzato un driver per motori passo-passo particolarmente compatto e altamente integrato che aiuta a miniaturizzare i progetti e a migliorare l’affidabilità dei prodotti, riducendo al contempo la distinta base e il time-to-market. Il...
• 
  MPU e MCU: dal generico allo specializzato

  Microprocessori con focus su smartphone ed embedded e microcontrollori sempre più ricchi di funzionalità avanzate Leggi l’articolo completo su Embedded 85