Puce IC IR2103STRPBF de pilote de composants électroniques de devis de nomenclature

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Classifications environnementales et d'exportation

Pilotes de porte

Un pilote de grille est un amplificateur de puissance qui accepte une entrée de faible puissance provenant d'un circuit intégré de contrôleur et produit une entrée de commande à courant élevé pour la grille d'un transistor de haute puissance tel qu'un IGBT ou un MOSFET de puissance.Les pilotes de grille peuvent être fournis soit sur puce, soit sous forme de module discret.Essentiellement, un pilote de grille consiste en un décaleur de niveau associé à un amplificateur.Un circuit intégré de commande de grille sert d'interface entre les signaux de commande (contrôleurs numériques ou analogiques) et les commutateurs de puissance (IGBT, MOSFET, MOSFET SiC et GaN HEMT).Une solution de commande de grille intégrée réduit la complexité de conception, le temps de développement, la nomenclature et l'espace sur la carte tout en améliorant la fiabilité par rapport aux solutions de commande de grille mises en œuvre de manière discrète.

Histoire

En 1989, International Rectifier (IR) a introduit le premier produit de commande de grille HVIC monolithique. La technologie des circuits intégrés haute tension (HVIC) utilise des structures monolithiques brevetées et exclusives intégrant des dispositifs bipolaires, CMOS et DMOS latéraux avec des tensions de claquage supérieures à 700 V et 1 400 V. V pour des tensions de décalage de fonctionnement de 600 V et 1 200 V.[2]

Grâce à cette technologie HVIC à signaux mixtes, des circuits de décalage de niveau haute tension et des circuits analogiques et numériques basse tension peuvent être mis en œuvre.Avec la possibilité de placer des circuits haute tension (dans un « puits » formé d'anneaux de polysilicium), qui peuvent « flotter » à 600 V ou 1 200 V, sur le même silicium, à l'écart du reste des circuits basse tension, côté haut Les MOSFET de puissance ou IGBT existent dans de nombreuses topologies de circuits hors ligne populaires telles que Buck, Boost synchrone, demi-pont, pont complet et triphasé.Les pilotes de grille HVIC avec commutateurs flottants sont bien adaptés aux topologies nécessitant des configurations haut niveau, demi-pont et triphasées.[3]

But

Contrairement àtransistors bipolaires, les MOSFET ne nécessitent pas d'entrée de puissance constante, tant qu'ils ne sont pas allumés ou éteints.L'électrode de grille isolée du MOSFET forme uncondensateur(condensateur de grille), qui doit être chargé ou déchargé à chaque fois que le MOSFET est allumé ou éteint.Comme un transistor nécessite une tension de grille particulière pour pouvoir être activé, le condensateur de grille doit être chargé au moins à la tension de grille requise pour que le transistor soit activé.De même, pour désactiver le transistor, il faut dissiper cette charge, c'est-à-dire que le condensateur de grille doit être déchargé.

Lorsqu'un transistor est activé ou désactivé, il ne passe pas immédiatement d'un état non conducteur à un état conducteur ;et peut supporter de manière transitoire à la fois une haute tension et conduire un courant élevé.Par conséquent, lorsqu’un courant de grille est appliqué à un transistor pour le faire commuter, une certaine quantité de chaleur est générée qui peut, dans certains cas, suffire à détruire le transistor.Il est donc nécessaire de maintenir le temps de commutation aussi court que possible, afin de minimiserperte de commutation[de].Les temps de commutation typiques sont de l'ordre de la microseconde.Le temps de commutation d'un transistor est inversement proportionnel à la quantité deactuelutilisé pour charger le portail.C'est pourquoi des courants de commutation sont souvent requis, de l'ordre de plusieurs centaines.milliampères, ou même dans la gamme deampères.Pour des tensions de grille typiques d'environ 10-15 V, plusieurswattsde puissance peut être nécessaire pour piloter le commutateur.Lorsque des courants importants sont commutés à des fréquences élevées, par exemple dansConvertisseurs DC-DCou grandmoteurs électriques, plusieurs transistors sont parfois disposés en parallèle, de manière à fournir des courants de commutation et une puissance de commutation suffisamment élevés.

Le signal de commutation d'un transistor est généralement généré par un circuit logique ou unmicrocontrôleur, qui fournit un signal de sortie généralement limité à quelques milliampères de courant.Par conséquent, un transistor directement piloté par un tel signal commuterait très lentement, avec une perte de puissance proportionnellement élevée.Lors de la commutation, le condensateur de grille du transistor peut consommer du courant si rapidement qu'il provoque une surcharge de courant dans le circuit logique ou le microcontrôleur, provoquant une surchauffe entraînant des dommages permanents, voire une destruction complète de la puce.Pour éviter que cela ne se produise, un pilote de grille est prévu entre le signal de sortie du microcontrôleur et le transistor de puissance.

Pompes de chargesont souvent utilisés dansPonts en Hdans les pilotes côté haut pour la commande de porte du canal N côté hautMOSFET de puissanceetIGBT.Ces dispositifs sont utilisés en raison de leurs bonnes performances, mais nécessitent une tension de commande de grille de quelques volts au-dessus du rail d'alimentation.Lorsque le centre d'un demi-pont devient bas, le condensateur est chargé via une diode, et cette charge est utilisée pour piloter ultérieurement la grille de la porte FET côté haut quelques volts au-dessus de la tension de la source ou de l'émetteur afin de l'allumer.Cette stratégie fonctionne bien à condition que le pont soit régulièrement commuté et évite la complexité de devoir utiliser une alimentation séparée et permet d'utiliser les dispositifs à canal N plus efficaces pour les commutateurs hauts et bas.