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

• 
  onsemi inaugura il design center di Milano

  Progettare, collaudare e validare sistemi e prodotti per migliorare la gestione dell’alimentazione negli ambienti di data center, e risparmiare energia, è la missione al centro delle attività del design center di onsemi a Milano. Il centro di...
• 
  Progettazione degli isolatori digitali: le 9 domande principali

  Se siete alla ricerca di ulteriori informazioni sugli isolatori digitali, la Community TI E2E™ ha redatto un elenco delle domande più frequenti relative alle sfide poste dalla progettazione di isolatori digitali. Speriamo che questo elenco possa fornire utili...
• 
  Toshiba amplia la sua gamma di driver per motori passo-passo

  Toshiba Electronics Europeha presentato un nuovo driver per motori passo-passo a corrente costante da 40V/2,0A che non richiede un resistore di misura della corrente. Il nuovo TB67S539FTG è alloggiato in un package QFN32 da 5x5mm e si...
• 
  Azionamenti e controllo del movimento

  Un sistema di azionamento non è composto solamente da un generatore di corrente e da un motore ma è coadiuvato da altre parti fondamentali che ne determinano le azioni da intraprendere, come i controlli di feedback, il...
• 
  Da Mouser Electronics e Texas Instruments un webinar sulla sicurezza funzionale

  Mouser Electronics ha collaborato con Texas Instruments alla realizzazione di un webinar per la comunità scientifica intitolato “Develop your functional safety signal chain application with Texas Instruments“. Il live webinar gratuito sarà trasmesso lunedì 18 Ottobre 2021...
• 
  La tecnologia dei moduli integrati di TI aiuta a massimizzare l’autonomia nei veicoli ibridi ed elettrici

  Texas Instruments (TI) ha presentato il modulo di alimentazione CC/CC isolato da 1,5 W UCC14240-Q1. Questo componente, particolarmente compatto, utilizza una tecnologia proprietaria di trasformazione per consentire ai progettisti di dimezzare le dimensioni delle soluzioni di alimentazione...
• 
  TI e Delta Electronics per la realizzazione di alimentatori per server ad alta efficienza

  Texas Instruments (TI) ha annunciato che la sua tecnologia GaN e i microcontrollori C2000 sono stati combinati da Delta Electronics nella progettazione di un’unità di alimentazione per server caratterizzata da un miglioramento dell’80% della densità di alimentazione...
• 
  Evoluzione delle tecnologie dei semiconduttori per le moderne applicazioni di telesalute

  L’assistenza sanitaria continua a evolversi verso l’auto-trattamento affrancandosi dagli appuntamenti di persona. Oltre a contribuire a ridurre il contatto fisico, le nuove tecnologie hanno dato alla popolazione in generale un accesso senza precedenti a strumenti sanitari per...
• 
  L’importanza dell’isolamento del segnale nei sistemi HEV/EV a 48 V

  Anche se le tensioni non sono elevate come nei casi a 400 V o 800 V, vi sono molte ragioni per cui l’isolamento è importante sui veicoli ibridi a 48 V, tra cui la maggiore immunità al...
• 
  I nuovi driver di TI per motori BLDC

  Texas Instruments (TI) ha presentato i primi driver per motori brushless (BLDC) da 70 W in grado di offrire un controllo trapezoidale e FOC (field-oriented control) senza codice e sensorless. Questi dispositivi consentono agli ingegneri di mettere...