EO_498

ELETTRONICA OGGI 498 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2021 33 ANALOG GATE DRIVER spegnimento. La corrente di carica per il condensatore del gate è maggiormente necessaria durante l’intervallo del plateau Miller. Il valore di corrente di picco non tiene conto del valore di corrente in questo momento. Tuttavia, una corrente di picco più alta significa che la corrente nella regione plateau di Miller sarà solitamente più grande. Dissipazione di potenza: una considerazione importante Per caricare e scaricare il gate di un dispositivo di potenza è necessario consumare energia. Se si utilizza il modello a capacità equivalente, e la carica / scarica completa del gate avviene ad ogni ciclo di commutazione, la potenza dissipata dall’azione di commutazione del gate per i gate driver sia isolati sia non isolati è: Dove: P DISS è la potenza dissipata dal gate in un ciclo di commutazione. C EQ è la capacità equivalente del gate. V DD2 è la variazione di tensione totale del gate del dispositivo di potenza. Q G_TOT è la carica totale del gate del dispositivo di potenza. f S è la frequenza di commutazione del sistema. È importante notare che la capacità equivalente del gate, CEQ, non è la CISS presente nel datasheet dei dispositivi di potenza. Spesso è un fattore da 3 a 5 volte maggiore della CISS, e la carica totale del gate, QG_TOT, è il valore più preciso da utilizzare. Va inoltre notato che la resistenza in serie di carica e scarica non è presente in questa equazione, in quanto si riferisce solo alla potenza totale dissipata nell’azione di commutazione, e non alla potenza dissipata all’interno del gate driver. Trattandosi di dispositivi isolati, gli standard richiedono che le diverse regioni di isolamento dei gate driver siano separate da adeguate distanze di creepage e clearance . Qualsiasi conduttore galvanico nel percorso da primario a secondario riduce queste distanze, e, pertanto, èmolto raro vedere package conexposedpadoheat slug disponibili per i gate driver isolati. Ciò implica chenonesiste unmetodo che contribuisca ad abbassare la resistenza termica dei circuiti integrati, da qui l’importanza di spostare esternamente al package la dissipazione di potenza, per consentire un funzionamento a temperatura ambiente più elevata in una determinata condizione operativa. Senza la possibilità di aggiungere un dissipatore ai gate driver isolati, la resistenza termica del package utilizzato è approssimativamente correlata al numero di pin, alla metallizzazione interna, alle connessioni del lead frame e alle dimensioni del package. Per una data configurazione di gate driver isolati, quando si confrontano i dispositivi disponibili, si avrà che la dimensione del package, il numero di pin e spesso la piedinatura, saranno simili, con gli stessi valori di theta-JA tra componenti concorrenti. La dissipazione termica all’interno del gate driver è ciò che causa l’aumento della temperatura di giunzione. La dissipazione di potenza calcolata nell’equazione 1 è la potenza totale dissipata dovuta alle transizioni di tensione sul gate del dispositivo di potenza. La potenza dissipata all’interno del circuito integrato è suddivisa tra le resistenze interne dei FET del driver di uscita, RDS(ON)_N e RDS(ON)_P, e la resistenza esterna in serie al gate, REXT. Se il gate driver opera principalmente nella regione lineare, la frazione di potenza dissipata dell’IC è: Se R DS(ON)_N = R DS(ON)_P = R DS(ON) , l’equazione 2 può essere semplificata con: La potenza totale che il circuito integrato dissipa per effetto della commutazione del dispositivo di potenza diventa quindi l’equazione 1 moltiplicata per l’equazione 3: Dall’equazione 4, si può notare che una RDS(ON) più bassa comporta una minore quantità di potenza dissipata internamenteal gatedriver isolato. Sesi voglionorispettare determinati tempi di salita e di discesa, la costante RC per la carica e la scarica del gate del dispositivo di potenza deve essere mantenuta. La resistenza nella costante RC è la combinazione in serie della RDS(ON) interna e della resistenza esterna in serie al gate. In un altro modo, se due driver concorrenti vengono utilizzati in un’applicazione per avere la stessa velocità di salita e discesa, il driver con la RDS(ON) inferiore consente una resistenza di gate esterna più grande, mantenendo la resistenza totale in serie uguale, il che significa una minore dissipazione di potenza all’interno del circuito integrato. Case study a confronto Per dimostrare come la definizione delle correnti di picco possa variare da un prodotto all’altro e per mostrare i vantaggi di una RDS(ON) più bassa all’interno di un gate driver isolato, sono stati selezionati tre driver isolati half bridge da 4 A come specificato nelle intestazioni del datasheet. Tutti e tre i driver avevano caratteristiche simili in termini di isolamento, dimensioni, piedinatura e