Компания Analog Devices выпустила на рынок новые изолированные драйверы затвора ADuM4221 с максимальным выходным током 4 А, предназначенные, в первую очередь, для управления высокоскоростными карбид-кремниевыми (SiC) и галлий-нитридными (GaN) полевыми транзисторами, требующими значительных токов для перезарядки емкости «затвор-исток».

Выходные каскады драйверов ADuM4221 изолированы как от первичной стороны, так и друг от друга и могут функционировать при разности потенциалов, достигающей 5,7 кВ.

Для передачи сигналов управления используется технология iCoupler, ключевой особенностью которой является использование миниатюрных интегрированных трансформаторов, с их помощью можно увеличить уровень устойчивости к синфазным помехам до 150 кВ/мкс. Драйверы ADuM4221 имеют узлы контроля всех напряжений питания и температур кристаллов выходных каскадов. Кроме этого, микросхемы ADuM4221 и ADuM4221-1 имеют возможность установки длительности мертвого времени. Сочетание этих особенностей позволяет использовать их в преобразователях электрической энергии, работающих при высоких значениях напряжений питающих шин, в числе которых: зарядные устройства для автомобилей, промышленные инверторы для управления электродвигателями, инверторы солнечных и ветряных электростанций, системы сбора энергии и многие другие приложения. Блок-схемы ADuM4221/21-1/21-2 представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схемы ADuM4221/21-1/21-2

Выходные каскады каждого канала микросхем ADuM4221 собраны на полевых транзисторах с максимальным сопротивлением не более 1,8 Ом, что при напряжении питания 15 В и внешнем сопротивлении в цепи затвора 2 Ом позволяет обеспечивать выходной ток до 4 А. При этом выходные каскады драйвера имеют отдельные выводы для подключения источников энергии, что дает возможность обеспечивать их питанием как от независимых изолированных преобразователей, так и от одного источника по бутстрепной схеме.

В каждом выходном канале микросхем ADuM4221 находятся узлы контроля напряжения питания и температуры кристалла. При выходе этих параметров за допустимые пределы произойдет блокировка микросхемы, и на всех ее выходах будут установлены сигналы низкого уровня. Температура отключения всех модификаций ADuM4221 равна 150⁰С, при этом для повторного включения микросхема должна остыть не меньше чем на 30⁰С. Порог отключения по напряжению зависит от версии микросхемы. Для драйверов с суффиксом «А» он равен 4,5 В, для микросхем с суффиксом «B» – 7,5 В, с суффиксом «С» – 11,6 В. Возможность выбора напряжения блокировки позволяет использовать драйверы ADuM4221 с полупроводниковыми приборами, имеющими разные уровни пороговых напряжений затвора, в том числе с IGBT и MOSFET, изготовленными по разным технологиям на основе разных полупроводниковых материалов.

Конфигурация сигналов управления зависит от версии драйвера. Микросхемы ADuM4221 и ADuM4221-2 имеют независимое управление каждым каналом, в то время как для управления транзисторами с помощью ADuM4221-1 необходим только один ШИМ-сигнал. Для предотвращения протекания сквозных токов в силовой части микросхем ADuM4221 и ADuM4221-1 предусмотрена возможность настройки мертвого времени, длительность которого устанавливается с помощью единственного резистора. Кроме этого, все версии драйверов ADuM4221 имеют отдельный вход, позволяющий быстро отключить силовую часть преобразователя в случае аварии.

Ключевыми преимуществами микросхем ADuM4221 являются:

• высокое значение выходного тока до 4 А;
• широкий диапазон уровней сигналов управления 2,5…6,5 В;
• широкий диапазон напряжений питания 4,5…35 В;
• возможность выбора порога отключения при уменьшении напряжения питания;
• высокая скорость распространения сигнала, не превышающая 44 нс;
• возможность настройки длительности мертвого времени (только для ADuM4221 и ADuM4221-1);
• высокая устойчивость к синфазным помехам 150 кВ/нс;
• повышенная максимальная температура кристалла 125°С.

Микросхемы ADuM4221 могут работать в диапазоне температур окружающей среды -40…125°С и доступны в широких 16-выводных корпусах SOIC с увеличенной длиной пути тока утечки, равной 8,3 мм (и по корпусу, и через воздушный промежуток).

Для ознакомления с возможностями драйверов ADuM4221 можно приобрести оценочную плату EVAL-ADUM4221, содержащую микросхему ADuM4221 и базовые компоненты: разъемы, блокировочные конденсаторы, токоограничительные резисторы и штыри контрольных точек для подключения измерительной аппаратуры. В комплекте с платой также поставляется набор перемычек (джамперов), предназначенных для ее конфигурирования.

Плата EVAL-ADUM4221 предназначена для исследований режимов работы двух IGBT или MOSFET в корпусах TO-220 или ТО-252, для установки которых предусмотрены специальные места на печатной плате. Силовые транзисторы могут работать независимо друг от друга, поскольку первоначально они никак не связаны между собой, и каждый изолированный канал имеет отдельный разъем для подключения питания. В то же время силовую часть можно быстро превратить в полумостовой преобразователь с помощью джамперов и обеспечить питание выходных каскадов от одного источника по бутстрепной схеме, для чего необходимо запаять в специально предусмотренные для этого места необходимые радиоэлементы. На плате также предусмотрены дополнительные места для установки компонентов в цепях затворов каждого из транзисторов, что позволяет гибко регулировать параметры их переключения, данные силовых фильтрующих конденсаторов, а также построечного резистора, предназначенного для установки длительности мертвого времени.

Рис. 2. Внешний вид отладочной платы EVAL-ADUM4221EBZ