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El ADuM4137, que incorpora detección de fallas y también puede manejar MOSFET, está diseñado para inversores fotovoltaicos, circuitos de alimentación y aplicaciones de control de motores.

A menudo pensamos que los transistores pertenecen a una de dos categorías: unión bipolar o efecto de campo. Estos dispositivos son ciertamente los más comunes, pero no debemos olvidarnos del transistor que es esencialmente un híbrido del BJT y el FET: el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).

Una versión del símbolo de circuito para un IGBT de canal N.

Los IGBT son útiles en aplicaciones de conmutación de alta potencia. Como la puerta está aislada, requiere esencialmente una corriente de entrada cero, y luego la parte BJT del dispositivo proporciona un camino para la corriente de carga. Puede leer más sobre los IGBT en el libro de texto AAC.

Retrasos de encendido y apagado

Los beneficios asociados con una puerta aislada están, como es lógico, acompañados de una desventaja. La compuerta de un MOSFET o un IGBT tiene una estructura capacitiva, y esta capacitancia se debe cargar y descargar cada vez que se enciende o apaga el dispositivo.

Las aplicaciones de alta corriente requieren transistores físicamente más grandes, y esto conduce a una capacitancia de compuerta más alta. Si alguna vez te has preguntado por qué existen circuitos integrados de controlador de puerta, esta es la primera razón. Una etapa de salida digital típica de bajo voltaje no está diseñada para entregar rápidamente grandes cantidades de carga a la puerta de un IGBT o MOSFET. La entrega lenta de la carga da como resultado una conmutación lenta, y es por esto que a menudo es beneficioso usar una señal típica de bajo voltaje para controlar un controlador de compuerta, y luego el controlador de la puerta acciona el transistor.

Unidad de puerta de lado alto

Los controladores de puerta también nos ayudan a superar las complicaciones asociadas con un potencial de referencia cambiante. El control de un MOSFET o IGBT es bastante sencillo en las configuraciones de circuitos del lado bajo, es decir, cuando la fuente o el emisor están conectados directamente a tierra. El voltaje de la compuerta se refiere al voltaje de la fuente o del emisor, que siempre es 0 V.

Sin embargo, en aplicaciones de alto nivel, el voltaje de la fuente o del emisor varía según el estado del circuito, y el voltaje de la compuerta debe ajustarse en consecuencia. Esto puede ser particularmente complicado cuando se usa un circuito de excitación (como un medio puente) para cambiar el voltaje más alto disponible en el sistema. Cuando el transistor del lado alto está encendido, el voltaje de la fuente o del emisor está ligeramente por debajo del voltaje de suministro, lo que significa que el voltaje de suministro no puede controlar directamente la compuerta del transistor.

Un conductor aislado

El ADuM4137 resuelve el problema de la unidad de compuerta de lado alto mediante aislamiento galvánico. El aislamiento eléctrico entre la interfaz de entrada y el circuito de conmutación de alta potencia permite que el dispositivo cambie de nivel las señales de entrada de acuerdo con el potencial cambiante de la fuente del lado alto o el nodo emisor. (Este aislamiento también es una característica de seguridad, ya que protege los circuitos de baja tensión y los seres humanos de las condiciones peligrosas asociadas con fallas que pueden ocurrir en la parte de alta potencia del sistema).

Quizás la forma más familiar de aislamiento se basa en la transmisión óptica, pero Analog Devices favorece el acoplamiento magnético. El ADuM4137 utiliza iCoupler Tecnología en combinación con la codificación de codificación on-off, como se muestra en el diagrama a continuación.

Diagrama tomado de la hoja de datos ADuM4137.

El diagrama de bloques

La arquitectura interna del ADuM4137 es un buen recordatorio de la impresionante complejidad que a menudo se oculta dentro de un paquete IC.

Click para agrandar. Diagrama tomado de la hoja de datos ADuM4137. Aparentemente, la unidad de compuerta aislada no es tan simple como uno podría pensar …

El ADuM4137 proporciona una corriente máxima de 6 A; Esta corriente de salida muy alta ayuda a encender rápidamente el IGBT. El dispositivo también incluye un transistor de apagado de baja resistencia que funciona como una ruta de descarga para la puerta. Los retrasos de propagación internos para los flancos ascendentes y descendentes son aproximadamente 100 ns, y los gráficos a continuación le brindan un ejemplo de las características generales de encendido y apagado para una carga capacitiva de 100 nF.

Gráficos tomados de la hoja de datos ADuM4137.

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¿Ha encontrado alguna aplicación en la que un IGBT sea claramente superior a un MOSFET o BJT? Háganos saber en la sección de comentarios.