ANALOG/MIXED SIGNAL
POWER CONVERTER
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- ELETTRONICA OGGI 439 - SETTEMBRE 2014
Circuito di misura tramite
resistenza di canale
Il nuovo circuito di misura della corrente
basato sulla resistenza di canale permette di
eliminare il resistore in serie e viene invece
collegato direttamente in parallelo al com-
mutatore di potenza. Il circuito misura la re-
sistenza di canale di un MOSFET di potenza
o la tensione VCE(on) di un IGBT. Il circuito
ha quattro terminali esterni (VS, GATE, CS,
COM) e comprende (Fig. 2) un MOSFET da
600V (HVFET), una rete di ritardo RC (R1, C1,
D1) e un transistore PMOS (Q1) di pull down.
Il circuito non necessita di un’alimentazione
aggiuntiva, ma si alimenta direttamente dalla
tensione che pilota il gate. Durante la fase
di riposo di M1, il segnale del gate è a mas-
sa (COM), HVFET è spento, Q1 è acceso e il
nodo CS è tenuto a massa. Dato che il tran-
sistor HVFET è spento, qualsiasi tensione el-
evata al drain del MOSFET di potenza viene
isolata dal resto del circuito a bassa tensione. Quando M1
è acceso dalla tensione che pilota il commutatore, la ten-
sione del drain di M1 scende fino a un valore dato dal
prodotto della corrente che scorre in M1 per la sua resi-
stenza di canale. Dopo un breve ritardo determinato dal
blocco RC, la tensione di gate del transistor HVFET risale
e lo riaccende. Q1 si spegne, svincolando così il nodo di
uscita CS. La tensione di drain di M1 passa così al nodo di
uscita tramite il transistor HVFET. La tensione al nodo di
uscita CS diventa quindi il segnale che contiene il valore
della corrente di M1. Quando il segnale di comando di M1
torna basso, M1 si spegne e il gate del transistor HVFET
si scarica rapidamente attraverso il diodo D1, fino a che
il transistor HVFET si spegne per bloccare di nuovo qual-
siasi picco di tensione che si verifichi al drain di M1. Il
nodo di uscita CS viene nuovamente vincolato a massa da
Q1. Assumendo che il drain di M1 corrisponda a un nodo
commutato ad alta tensione e collegato a un induttore, si
ottiene in uscita la stessa forma d’onda a dente di sega
che avrebbe fornito il tradizionale circuito di misura ba-
sato su resistore esterno al source di M1. Il nodo CS può
quindi essere collegato a un comparatore o a qualsiasi
altro ingresso di monitor della corrente di un controllore
PWM o di un microcontrollore.
Le forme d’onda misurate (Fig. 3) mostrano il funziona-
mento del nuovo circuito e l’andamento del segnale di
corrente al nodo CS a temperatura ambiente. Confron-
tandolo con il circuito di misura tradizionale, si osserva
che entrambi gli approcci forniscono il corretto andamen-
to della corrente e mostrano picchi rumorosi dovuti alla
commutazione, facilmente eliminabili con un filtraggio o
un livellamento digitale successivi, necessari per evitare
scatti indesiderati dei sistemi di controllo della corren-
te realizzati digitalmente. Inoltre, dato che la resistenza
di canale di un MOSFET di potenza aumenta con la tem-
peratura, producendo così un errore nella misura, si sta
lavorando per dotare il sistema di un circuito addizionale
per la compensazione in temperatura. Grazie al fatto che
la tensione di alimentazione VCC non è necessaria per
questo circuito, il layout del circuito stampato viene sem-
plificato notevolmente (Fig. 4). Il nuovo circuito di misura
della corrente è stato realizzato tramite il circuito integra-
to IR25750L, incapsulato in un compatto package SOT-23.
Il componente può essere facilmente posizionato proprio
di fianco al MOSFET di potenza o all’IGBT e collegato alle
piste già tracciate per collegare il commutatore (GATE,
DRAIN e COM). Risulta quindi necessario aggiungere solo
la pista per il segnale di uscita CS, che deve raggiungere
il controllore principale PWM o il microcontrollore dell’a-
limentatore. Il nuovo circuito integrato IR25750L offre un
metodo alternativo di monitoraggio della corrente che
permette di eliminare i tradizionali resistori di misura o i
trasformatori posti in serie. Questa configurazione in pa-
rallelo e il package compatto SOT-23 semplificano il la-
yout e lo sbroglio della scheda, in particolare nel caso
siano presenti numerosi commutatori. Questo nuovo com-
ponente di misura della corrente può essere utilizzato in
tutte le applicazioni dell’elettronica di potenza a commu-
tazione, con notevoli benefici in termini di costo, occu-
pazione di spazio sulla scheda, perdite ridotte e migliore
efficienza complessiva.
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Fig. 4 – Layout tipico del componente IR25750L a montaggio superficiale
