pce – projeto de conversores estáticos circuitos de … · o circuito driver deve estar próximo...
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Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PCE – Projeto de Conversores Estáticos
Circuitos de acionamento de MOSFETS e IGBTs
(Driver)
Última atualização: 09/5/14
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
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Tópicos
� Acionamento de MOSFETs e IGBTs
� Tipos de drivers
� Circuitos não-isolados e isolados
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
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Introdução
� Realiza a interconexão entre circuito de controle e circuito de
potência.
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
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Introdução
Funções:
• Propiciar operação adequada na condução, bloqueio e comutação
• Proteger o transistor contra sobrecorrentes e curto-circuitos
• Garantir que o transistor não entre em condução espontaneamente
• “Minimizar” as perdas de comutação
• Ter reduzido atraso entre o comando e a entrada em condução do transistor
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
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Introdução
� Aplica-se tensão entre Gate e Source (MOSFET) ou Gate e Emissor
(IGBT) (15V para MOSFETS e IGBTs convencionais)
� É necessário carregar e descarregar Ciss
� Os tempos de comutação são dependentes da velocidade de carga e
descarga de Ciss (MOSFET) (Ciss= CGS+ CGD, CDS em curto).
� IGBTs: o tempo de bloqueio é menos dependente de Rg.
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
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Tipos de drivers
� Não-isolados
� Isolados
� Opto acopladores
� Transformadores (de pulso, possibilidade de usar sinal modulado)
� Fibra óptica
A necessidade de isolação de um driver vai depender da estratégia de
isolação adotada para o circuito/sistema.
Drivers podem ter tensão de bloqueio negativa ou zero.
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Tipos de drivers
� Sobre a necessidade de tensão de bloqueio negativa
A descarga rápida dos capacitores CGD, CDS e CGS aliada à presença
de resistência de gatilho e indutância parasita de gatilho, pode levar
ao disparo acidental de um dos MOSFETs (que deveria permanecer
bloqueado).
� O bloqueio com tensão negativa evita
que o sinal de gatilho atinja o valor de
threshold.
� O circuito driver deve estar próximo
ao dispositivo acionado
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Driver não isolado
Pg 2 Vg Qg fs= ⋅ ⋅ ⋅
gon goffgpk
g
V VI
R
−=
Eon V Q∆ = ∆ ⋅ ∆
Q 60nC∆ =V 15 ( 5)V 20V∆ = − − =
Ex.: IRGPH40F, considere capacidade
de bloqueio com tensão negativa (não
consist. com a figura)
Pg ?=
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Driver não isolado
Ajuste de tempos de entrada em
condução e bloqueio independentes
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12Prof. Cassiano Rech
Circuito de comando não isolado com tensão negativa e proteção contra sobrecorrente
R6
+C2Z2
V
V
R1
IGBT
R 2 R 3D 1
R 4
Q2
D 2
R 5
D 3
Z 3 D 4
C 1
COM
CC
VCC
Q1
Q2
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• Isolação galvânica
• Operação em alta frequência
• Razão cíclica limitada para desmagnetizar o transformador de pulsos
• Baixo custo
• Necessita de apenas uma fonte de alimentação por interruptor
Circuito de comando isolado com transformador de pu lso
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
14Prof. Cassiano Rech
Circuito de comando isolado com transformador de pu lso
V
D
V
0
IGBT
R2
Z 1 RG
Z 2
R1
COM
CC
NP NS 1
Q 1
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
15Prof. Cassiano Rech
Comando isolado com transformador de pulso, tensão negativa e proteção contra sobrecorrente
V
V
2N2222
IGBT
R1
Z 2
Z1
R 2 R 3D 1
R 4
Q2
D 2
R 5
D3
Z 4 D 4
C 1
NPN
S
COM
CC
Z 3
Q3
C 2
R 4
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
16Prof. Cassiano Rech
Circuito de comando isolado com optoacoplador
• Necessita de alimentação isolada
• Permite sobre-modulação e razão cíclica elevada
• Apresenta pouca imunidade a interferência por ruídos (em relação aos optos convencionais)
• Frequência de comutação limitada (100 kHz)
Fonte: Agilent 2.5 A output current IGBT gate drive optocoupler
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
17Prof. Cassiano Rech
Q1
Q2Q3Vdi
R2
R3
R5
R6
+C2
C1D3
Dd1 D2
D4
Z1
Z2
S
Vcc2
Vcc2
R1
8765
HCPL-2211
12
43
CdRd
Entrada
Circuito de comando isolado com optoacoplador
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18Prof. Cassiano Rech
Circuito de comando bootstrap
• NÃO REALIZA ISOLAÇÃO
• Possui pequena limitação de razão cíclica (0,05 < D < 0,95)
• O diodo bootstrap é ultra-rápido e de “alta tensão”
• Custo reduzido
• Aplicado em circuitos em que os interruptores comutam de forma complementar (meia-ponte, ponte completa)
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Circuito de comando bootstrap
Fonte: Mitsubischi Electric, “Bootstrap Circuit Design Manual”,
Prof. Yales Rômulo De Novaes, Dr.
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Trabalho – Avaliação 3
• Identificar e detalhar funcionamento e aplicações de circuitos de gatilho (Gate drivers comerciais) ou
• Identificar e detalhar funcionamento e aplicações de circuitos de comando/controle comerciais
• Entrega: apresentação e arquivo de apresentação, prazo 25/11/2015. Tempo de apresentação 30-45 min. Equipe típica 2 pessoas
International Rectifier
Infineon
Linear Tech.
STMicroelectronics
Fairchild
IXYS
CLARE
Intersil
Freescale
TI – Texas Instr.
Semikron
Avago
Cree
Monolithicpower
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Trabalho – Avaliação 3
Sugestões de circuitos integrados para os trabalhos:
- FAN7621 Fairchild
- MC34067 – On Semiconductor
- HFC0400 – Monolithic Power Systems
- MP020 – 5 Monolithic
- HR1000 - Monolithic
- HFC0100 – Monolithic
- FSCQ0565 – Fairchild
- MP7770 – Monolithic
- NCP1937 On semiconductor
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