Utilice controladores de compuerta simple y doble para mejorar el aislamiento en aplicaciones críticas

Existen numerosas aplicaciones críticas en las que los datos y la energía deben transferirse de circuitos de alto voltaje a circuitos de bajo voltaje. Buenos ejemplos incluyen accionamientos de motores, centros de datos, automatización industrial y equipos de infraestructura de red, como inversores solares. Si bien los diseñadores quieren voltajes y corrientes confiables y regulados, así como una transferencia de datos rápida y de alta integridad, no quieren transitorios de alto voltaje no controlados que afecten sus costosos sistemas. El tipo de voltajes provocados por los rayos puede dañar fácilmente el silicio sensible y corromper los flujos de datos. Además, tales transitorios pueden representar un peligro para el personal de mantenimiento.

La protección contra los transitorios viene en forma de aislamiento. El aislamiento asegura que dos subcircuitos del sistema general estén separados eléctricamente, sin camino óhmico o galvánico entre ellos (resistencia infinita); sin embargo, la señal, la potencia o ambas pueden pasar entre esos subcircuitos.

Existen varios métodos para lograr un aislamiento seguro, con las técnicas tradicionales que implican el uso de transformadores de aislamiento y optoacopladores. Sin embargo, en aplicaciones donde las características como la inmunidad transitoria de modo común (CMTI), formas de onda limpias, tamaño pequeño, integración funcional, alta velocidad de conmutación, bajo costo, simplicidad, confiabilidad y larga vida útil son prioridades, los controladores de compuerta son una solución comprobada.

Controladores de compuerta para aplicaciones de aislamiento de alto rendimiento

Los circuitos integrados de controlador de compuerta aislados (Figura 1) ofrecen control sobre factores como el nivel de aislamiento, el retraso de propagación, la inductancia de fuga parásita, la capacitancia parásita de entrada a salida, CMTI, el tamaño y grosor del componente, el diseño de la placa de circuito impreso (placa de CI) y la inclusión de características de protección como el bloqueo de bajo voltaje (UVLO). La optimización de cada una de estas características permite al ingeniero ajustar el rendimiento del controlador de compuerta para adaptarse a la aplicación.

Figura 1: Se muestra el diseño de un controlador de compuerta de un solo canal típico con aislamiento CMOS y protección UVLO. (Fuente de la imagen: Skyworks Solutions)

Skyworks Solutions ofrece una amplia gama de circuitos integrados de controlador de compuerta aislados con entradas CMOS de 3 a 20 voltios y variador de compuerta de hasta 30 voltios. Vienen en varias configuraciones de 1, 4 y 6 amperios (A), incluidos Si82Ax, Si82Bx, Si82Cx, Si82Dx, Si82Ex y Si82Fx (Figura 2). Las características incluyen un aislamiento de hasta 6 kilovoltios RMS (kV_rms), un CMTI de 200 kV por microsegundo (kV/μs), un retardo de propagación de menos de 45 nanosegundos y compatibilidad con tecnologías GaN, IGBT, SiC y MOSFET.

Figura 2: Los controladores de compuerta de canal único y doble Si82Ax-Fx admiten salidas de 1, 4 y 6 A. (Fuente de la imagen: Skyworks Solutions)

La salida en modo de voltaje de los dispositivos permite un rendimiento de conmutación optimizado, mientras que varias opciones UVLO y protección de superposición de entrada garantizan un funcionamiento seguro. Se incluyen opciones de eliminación de fallas, configuraciones de un solo canal con salida combinada o dividida, una abrazadera Miller integrada y una variedad de UVLO adaptados al tipo de interruptor de encendido que se está accionando.

El Si82Ax y el Si82Dx están diseñados para aplicaciones de control de motores y potencia, mientras que el Si82Bx y el Si82Ex cumplen con los requisitos de accionamiento del interruptor de potencia. Las versiones de alto rendimiento Si82Cx y Si82Fx para la conducción de interruptores de potencia utilizan la arquitectura de modo de corriente variable seleccionable (SelVCD) de Skyworks y están calificadas para automóviles. SelVCD funciona como una fuente de corriente, manteniendo una salida dentro de una tolerancia estricta del objetivo en todas las condiciones de operación.

Introducción a los controladores de compuerta aislados

Los diseñadores tienen una amplia gama de opciones dentro de cada familia para elegir para satisfacer sus requisitos específicos. Por ejemplo, el SI82A30BCC-IS de la familia Si82Ax es un dispositivo monocanal, de 3.75 kV y 1 A que es ideal para accionar MOSFET e IGBT de potencia en aplicaciones como la potencia conmutada y el control de motores. Está disponible en configuraciones de salida única o dividida (Figura 3).

Figura 3: El SI82A30BCC-IS es un dispositivo de un solo canal ideal para controlar MOSFET e IGBT de potencia y está disponible en configuraciones de salida única o dividida (se muestra). (Fuente de la imagen: Skyworks Solutions)

El SI82F29AGC-IS1 de la serie Si82Fx es un dispositivo de doble canal de 3.75 kV diseñado para arquitecturas de conmutación MOSFET, IGBT, SiC y GaN, con entradas de control dobles (Figura 4, izquierda) o simples (Figura 4, derecha). La tecnología SelVCD en la etapa de salida ajusta la corriente de salida entre ocho niveles seleccionables, eliminando la necesidad de resistencias de compuerta y sujetando cualquier corriente de efecto Miller.

Figura 4: El SI82F29AGC-IS1 es un controlador de puerta de doble canal para arquitecturas de conmutación MOSFET, IGBT, SiC y GaN, que cuenta con entradas de control dobles (izquierda) o simples (derecha). (Fuente de la imagen: Skyworks)

Skyworks también proporciona el práctico kit de evaluación SI82F39ABC-KIT (Figura 5) para su serie Si82Fx. El Si82Fx se encuentra en el centro del kit, y los componentes periféricos y la funcionalidad permiten al ingeniero ejercitar las capacidades de conmutación, protección y aislamiento del chip.

Figura 5: El kit de evaluación SI82F39ABC-KIT permite a los diseñadores ejercitar las capacidades de conmutación, protección y aislamiento de la serie Si82Fx. (Fuente de la imagen: Skyworks Solutions)

Conclusión

El aislamiento entre una fuente de alimentación de alto voltaje y los circuitos operativos de bajo voltaje es esencial para proteger los sistemas y los usuarios en aplicaciones críticas como centros de datos, automatización industrial, médica y automotriz. Los controladores de compuerta Si82Ax-Fx brindan a los diseñadores el rendimiento de aislamiento excepcional, las salidas sinusoidales limpias, la flexibilidad y la confiabilidad necesarias para que estos sistemas funcionen de manera eficiente en todas las frecuencias.