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POWER 8 - giugno 2015
VII
CARICA DI GATE
esempio che la curva mostrata in figura 6 sia ottenuta
con Vds = 600V e Id = 100A. Se la tensione di gate
viene portata da 0 a 15V, il corrispondente valore di
Qg è 500 nC. La driving loss (perdita di pilotaggio)
risulta pari a 0,15W se la frequenza di commutazio-
ne è pari a 20 kHz: [P(pilotaggio) = f * Qg * Vg =
20k * 500n * 15]. Inoltre, desiderando un tempo di
salita di 100 ns, la corrente di pilotaggio richiesta ri-
sulta pari ad almeno 5A [500 nC/100 ns]. Una cor-
rente di pilotaggio insufficiente provoca dei ritardi
nella commutazione che incrementano le perdite di
commutazione. Di conseguenza, la massimizzazione
della corrente rappresenta un aspetto importante
della progettazione del circuito di pilotaggio. Nor-
malmente si consiglia di pilotare la tensione di gate
di un IGBT partendo da tensioni negative, in modo
da evitare accensioni inattese. Il valore totale corret-
to di Qg si ottiene dalla somma dei valori di Qg in
entrambe le regioni di tensioni positive e negative.
Ad esempio, nella figura 6 la tensione di gate viene
portata da -15V a +15V, dovendo così aggiungere 400
nC per ottenere una perdita totale di pilotaggio di
0,27W: [P(pilotaggio) = 20k * (400n + 500n) * 15].
La curva di Qg, insieme all’andamento della tensio-
ne di uscita del dispositivo, consente un’analisi det-
tagliata e quindi l’ottimizzazione dei dispositivi di
potenza switching.
Relazione tra il tempo di commutazione
e la carica di gate
È possibile ottenere una stima del tempo di com-
mutazione a partire da una risposta del prim’ordine
dell’andamento della carica di gate, dalla resistenza
in serie al gate (Rs) e dalla capacità di ingresso (Ciss).
Rs è la somma della resistenza di gate del dispositivo
(Rg) e di eventuali resistori esterni collegati al gate.
La tensione di gate Vgs in un istante di tempo t è le-
gata alla tensione di pilotaggio VGS secondo l’espres-
sione:
Di conseguenza t è pari a:
La costante di tempo risulta:
Sostituendo Qg con Ciss*Vgs nell’equazione (5) si
ottiene:
Utilizzando la (7) si ottiene la seguente differenza
temporale tra gli istanti t2 e t1:
I tempi Td(on), Tr, Tf e Td(off), riportati nella sche-
Fig. 7 – Calcolo del tempo di commutazione dalla
caratteristica Qg
Fig. 8 – Perdite di commutazione