Blog dell'azienda Riciclare i driver di Rohm Gate:driver isolati/IGBT/MOSFET/alto/basso

Riciclare i gate driver Rohm: driver gate isolati/IGBT/MOSFET/lato alto/lato basso

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I. Panoramica del prodotto

Sfruttando il processo del circuito integrato ad alta tensione SOI di ROHM e la tecnologia di isolamento del microtrasformatore su chip, abbiamo creato una linea di prodotti completa che copre high-side e low-side non isolati, nonché linee di prodotti gate driver isolati isolati a canale singolo e doppio, completamente compatibili con dispositivi di potenza come MOSFET in silicio, IGBT, MOSFET SiC di terza generazione e HEMT GaN. Questi prodotti coprono un'ampia gamma di applicazioni di conversione di potenza ad alta e bassa tensione, tra cui conversione di frequenza industriale, stoccaggio di energia fotovoltaica, sistemi di azionamento elettrico per autoveicoli, alimentatori per server, sistemi UPS e conversione di potenza per robot umanoidi.

Le linee di prodotti sono classificate in due gruppi principali in base all'architettura:

Gate driver high e low-side non isolati (serie BM60/BS/BD HVIC): architettura bootstrap a terra flottante, tensione di tenuta a terra flottante ad alta tensione da 600 V–1200 V, dedicata alle configurazioni a mezzo ponte e a ponte trifase, che offre basso costo ed elevata integrazione;

Gate driver isolati (serie isolata BM61/BM6GD): dotati di isolamento elettrico basato su trasformatore su chip, con tensioni di tenuta dell'isolamento di 2500 Vrms/3750 Vrms; completa separazione dei circuiti ad alta e bassa tensione; adatto per standard di sicurezza ad alta tensione, sicurezza funzionale automobilistica e applicazioni di azionamento IGBT/SiC ad alta potenza;

Entrambe le categorie di prodotti supportano la guida indipendente high-side e low-side, con opzioni per soluzioni integrate a canale singolo, doppio e trifase. Incorporano molteplici funzionalità di protezione, tra cui UVLO (Undervoltage Lockout), bloccaggio Miller attivo, protezione da sovratensione e rilevamento di cortocircuito, bilanciando al contempo efficienza di commutazione, soppressione EMI e affidabilità operativa a lungo termine.

II. Analisi dell'architettura tecnica di base e della classificazione

(1) Gate driver high-side/low-side non isolati (serie HVIC Bootstrap, per il pilotaggio di IGBT/MOSFET)

1. Principio operativo fondamentale

Utilizzando il collaudato processo SOI (Silicon-on-Insulator) di ROHM, il canale high-side viene fornito con un'alimentazione flottante tramite un diodo di bootstrap e un condensatore di bootstrap, eliminando la necessità di un'alimentazione isolata; Un circuito integrato di spostamento del livello ad alta tensione consente la trasmissione di segnali logici da 3,3 V/5 V dal lato di controllo al lato ad alta tensione da 1200 V. Un singolo chip emette contemporaneamente segnali di pilotaggio sia high-side che low-side, supportando topologie di inverter a mezzo ponte, a ponte intero e trifase e pilotando direttamente MOSFET a canale N e dispositivi di potenza IGBT.

2. Modelli rappresentativi e parametri chiave

BM60212FV-C (driver high-side e low-side a doppio canale da 1200 V per uso automobilistico)

Tensione di tenuta su terra flottante: 1200 V; Certificazione automobilistica AEC-Q100 Grado 1; supporta l'analisi della sicurezza funzionale;

Intervallo di tensione di alimentazione: 10–24 V; bloccaggio Miller attivo integrato e protezione da sottotensione UVLO;

Ritardo salita/discesa tipico: 55 ns; compatibile con ingressi logici MCU da 3,3 V/5 V;

Applicazioni: caricabatterie di bordo (OBC), inverter di bordo e circuiti a semiponte IGBT industriali da 1200 V.

BS2114F (driver high-side e low-side per uso generale da 600 V)

Tensione di tenuta a terra flottante: 625 V; corrente di pilotaggio in uscita: ±500 mA;

Tempo morto fisso integrato di 160 ns, alimentatore UVLO, pacchetto SOP8 compatto;

Applicazioni: inverter domestici, micro-inverter fotovoltaici di piccola scala, convertitori DC-DC con accumulo di energia da 48 V.

BD2310G (driver dedicato low-side a canale singolo)

Architettura low-side pura, corrente sink/source da 4 A, package SSOP5 ultracompatto;

Ingresso logico 2,0–5,5 V, VCC 4,5–18 V, commutazione ad alta velocità 15 ns;

Adatto per: raddrizzamento sincrono a bassa tensione, interruttori ausiliari MOSFET/IGBT low-side e driver di interruttori di alimentazione ausiliari per robot umanoidi.

BD67871MWV-Z (driver trifase high-side e low-side integrato, gate driver attivo TriC3™)

Tre circuiti a mezzo ponte integrati (6 driver high-side e low-side), ampio intervallo di tensione da 4,5 a 60 V;

L'esclusiva regolazione dinamica della corrente di gate TriC3™ di ROHM, che riduce contemporaneamente le perdite di commutazione e le chiamate EMI;

Protezione completa integrata che comprende tempi morti, sovracorrente, sottotensione e arresto termico;

Adatto per: motori BLDC industriali, utensili elettrici e servoazionamenti per giunti robot umanoidi.

3. Vantaggi del prodotto

Isolamento ad alta tensione tramite processo SOI; l'isolamento interno del chip elimina la necessità di optoaccoppiatori o trasformatori di isolamento esterni, riducendo i costi della distinta base;

L'integrazione su chip singolo di canali doppi high e low side semplifica i circuiti periferici a mezzo ponte e riduce l'induttanza parassita nel routing del PCB;

Il clamping attivo Miller sopprime la conduzione errata della corrente Miller durante lo spegnimento IGBT/MOSFET, impedendo la conduzione diretta tra gli interruttori superiore e inferiore e il conseguente guasto del dispositivo;

Disponibili sia in qualità automobilistica che industriale, con un ampio intervallo di temperature operative da –40°C a 125°C, adatto a condizioni operative impegnative.

(II) Gate driver isolato (isolamento del trasformatore su chip, compatibile con IGBT/MOSFET/SiC/GaN)

1. Principio operativo fondamentale

Utilizzando il processo di integrazione del microtrasformatore su chip proprietario di ROHM, il trasformatore di isolamento, la modulazione e demodulazione del segnale e i circuiti di comando ad alta/bassa tensione sono integrati su un singolo chip, ottenendo un isolamento elettrico completo tra il lato di controllo (MCU a bassa tensione) e il lato di alimentazione (IGBT/SiC ad alta tensione). La tensione di resistenza all'isolamento è fino a 3750 Vrms, conforme allo standard di isolamento UL1577; La doppia protezione UVLO indipendente su entrambi i lati di ingresso e di uscita garantisce che non vi siano interferenze di terra comune tra i circuiti ad alta e bassa tensione, impedendo così che la diafonia ad alta tensione danneggi il controller principale, rendendolo adatto per apparecchiature ad alta potenza e ad alto livello di sicurezza.

2. Ripartizione delle principali linee di prodotto

(1) Serie BM61S (driver universali isolati per SiC/IGBT, grado automobilistico 3750 Vrms)

Modelli rappresentativi: BM61S40RFV-C (canale singolo), BM61S41RFV-C (doppio canale, high-side e low-side)

Resistenza alla tensione di isolamento di 3750 Vrms; AEC-Q100 Grado automobilistico 1; supporta la sicurezza funzionale;

Corrente di comando in uscita di ±4 A; tensione di alimentazione lato secondario 16–24 V; perfettamente abbinato alla tensione di pilotaggio di 18 V dei MOSFET SiC di terza generazione;

Morsetto Miller attivo integrato, ingresso/uscita UVLO a doppio canale e protezione da sovratensione (OVP);

Ritardo massimo di propagazione I/O di 65 ns, larghezza minima dell'impulso di ingresso di 60 ns, supporto della commutazione ad alta frequenza;

I modelli a doppio canale possono pilotare direttamente i dispositivi di potenza high-side e low-side di un mezzo ponte, eliminando la necessità di due driver isolati a canale singolo;

Applicazioni: inverter principali automobilistici, convertitori di accumulo di energia commerciale e industriale su larga scala, inverter fotovoltaici da 1500 V e moduli di potenza SiC industriali da 1200 V.

(2) Serie BM6GD (driver isolati dedicati GaN ad ampio gap di banda)

Modello rappresentativo: BM6GD11BFJ-LB

Tensione di tenuta di isolamento di 2500 Vrms, ottimizzata specificamente per HEMT GaN ad alta tensione;

I pin di carica/scarica del gate separati consentono la regolazione indipendente delle pendenze del fronte di salita e di discesa per sopprimere il suono ad alta frequenza in GaN;

Supporta la commutazione ad altissima frequenza fino a 2 MHz, sfruttando i vantaggi della miniaturizzazione ad alta frequenza dei dispositivi GaN;

UVLO doppio ingresso/uscita con risposta a impulsi ridotta, adatto per alimentatori di server ad alta densità, moduli ad alta potenza a ricarica rapida e unità di conversione di potenza ad alta tensione per robot umanoidi.

3. Vantaggi principali dei prodotti isolati

Massima valutazione di sicurezza: isolamento elevato da 3750 Vrms, conforme agli standard di isolamento ad alta tensione per impianti fotovoltaici, accumulo di energia e automobilistici, che riduce la complessità della progettazione di sicurezza;

Integrazione leader: i trasformatori su chip sostituiscono gli accoppiatori ottici esterni e gli alimentatori isolati, semplificando significativamente il layout del PCB e riducendo le dimensioni complessive dell'unità;

Ottimizzato per dispositivi con ampio gap di banda: gli intervalli di tensione del convertitore di frequenza sul lato secondario coprono i requisiti del convertitore per 18 V SiC, 15 V IGBT, 12 V Si MOS e 6–10 V GaN;

Forte immunità alle interferenze: l'isolamento del trasformatore elimina i problemi di deriva termica e attenuazione indotta dall'invecchiamento associati ai fotoaccoppiatori, offrendo stabilità superiore in condizioni operative ad alta temperatura e alta frequenza rispetto alle unità basate su fotoaccoppiatori;

Protezione completa in tutti gli scenari: bloccaggio Miller integrato, rilevamento DESAT di sottotensione, sovratensione e cortocircuito a doppio canale e uscita del segnale di guasto.

III. Funzioni principali generali (standard su tutta la gamma di driver high-side, low-side e isolati)

1. Bloccaggio Miller attivo (Morsetto Miller attivo)

Gli IGBT e i MOSFET SiC generano correnti Miller al momento dello spegnimento, che possono facilmente causare una conduzione errata del dispositivo di potenza sul lato opposto, con conseguente cortocircuito passante. L'intera gamma di gate driver ROHM incorpora un perno di serraggio Miller dedicato; ciò abbassa forzatamente il potenziale di gate durante lo spegnimento, eliminando completamente i falsi attivamenti indotti da Miller, migliorando significativamente l'affidabilità delle configurazioni a semiponte e a ponte trifase e riducendo il rischio di guasto del dispositivo.

2. Doppia protezione di blocco da sottotensione UVLO

Serie non isolate: rilevamento indipendente della sottotensione per alimentatori di azionamento high-side e low-side; l'uscita viene bloccata quando la tensione è insufficiente, impedendo il surriscaldamento e la bruciatura dei dispositivi di potenza nella regione lineare;

Serie isolate: doppio UVLO per lato controllo (lato primario) e lato potenza (lato secondario); il driver viene immediatamente spento se la tensione su entrambi i lati diventa anomala, inviando contemporaneamente un flag di guasto all'MCU.

3. Ampia compatibilità a livello logico

Tutti gli ingressi del driver supportano la logica MCU standard da 3,3 V/5 V; alcuni modelli a bassa tensione sono compatibili con ingressi a basso livello da 2 V, consentendo l'interfacciamento diretto con l'intera gamma di microcontrollori Renesas, STM e TI senza la necessità di chip di spostamento di livello aggiuntivi.

4. Ampio intervallo di temperature per i gradi industriali e automobilistici

Grado industriale: da –40°C a 105°C; Grado automobilistico AEC-Q100 Grado 1: da –40°C a 125°C, adatto per applicazioni che richiedono un funzionamento continuo a lungo termine come fotovoltaico esterno, azionamenti elettrici automobilistici, servosistemi industriali e robot umanoidi.

5. Tempo morto regolabile e protezione da cortocircuito

I modelli trifase e a doppio canale integrano circuiti di tempo morto integrati, con alcuni modelli che supportano la personalizzazione del tempo morto tramite resistori esterni; i driver isolati high-side incorporano il rilevamento dei cortocircuiti DESAT, consentendo lo spegnimento graduale durante condizioni di sovracorrente IGBT per sopprimere i picchi di tensione e proteggere i dispositivi di alimentazione.

IV. Scenari applicativi tipici del settore

Applicazioni per veicoli a nuova energia

Il driver isolato a doppio canale BM61S41RFV-C, combinato con i driver high-side e low-side di livello automobilistico BM60212, viene utilizzato negli inverter di trasmissione principali dei veicoli, nei caricabatterie di bordo (OBC) e nei convertitori boost DC-DC, soddisfacendo i requisiti di sicurezza funzionale e di isolamento ad alta tensione del settore automobilistico.

Fotovoltaico e stoccaggio dell'energia

La serie BM61S isolata da 3750 Vrms pilota inverter di stringa da 1500 V e convertitori PCS bidirezionali per sistemi di accumulo di energia; l'architettura isolata elimina le interferenze causate da una terra comune tra i circuiti ad alta e bassa tensione, migliorando la stabilità operativa a lungo termine delle centrali elettriche.

Servoazionamenti e azionamenti per motori industriali

Il driver trifase integrato high-side e low-side BD67871, abbinato al BS2114F, aziona motori BLDC industriali da 24–48 V, servomotori e utensili elettrici; La tecnologia TriC3 bilancia l'alta efficienza con basse EMI.

Alimentatori switching ad alta densità

Il driver isolato GaN BM6GD11 viene utilizzato negli alimentatori per server ad alta frequenza da 2 MHz e nei caricabatterie rapidi industriali ad alta potenza, riducendo le dimensioni dei componenti magnetici del sistema; Il driver low-side BD2310 viene utilizzato nei circuiti di raddrizzamento sincrono.

Sistemi di alimentazione per robot umanoidi

Conversione bus ad alta tensione: il driver isolato BM61S controlla i dispositivi di alimentazione SiC per ottenere la conversione step-up/step-down DC-DC ad alta tensione dalla batteria;

Servoazionamenti per giunti: il driver trifase high-side e low-side BD67871 controlla i motori brushless nei giunti;

Alimentatore ausiliario a bassa tensione: il driver MOSFET low-side BD2310 controlla i dispositivi di commutazione ausiliari, semplificando la distinta base complessiva e riducendo le esigenze di gestione termica.

UPS, Saldatrici e Inverter Industriali

Il driver high-side e low-side BM60212 da 1200 V, abbinato alla serie isolata BM61S, è adatto per topologie di inverter IGBT ad alta potenza, con molteplici misure di protezione che garantiscono il funzionamento continuo e gravoso dell'apparecchiatura.