Os designers de produtos devem ser capazes de equilibrar múltiplas restrições: tamanho do pacote, custo, fiabilidade e tempo de comercialização.O principal desafio consiste em escolher uma fonte de alimentação adequada ao pequeno espaço necessário para aplicações modernas.
Níveis de potência compactos e de alto desempenho dependem de soluções rápidas e confiáveis de acionamento de portões.Estas soluções vão desde simples acionamentos laterais de baixa pressão até versões totalmente isoladas para ambientes de alta pressãoPara muitos projetos, um condutor de porta flutuante e não isolado fornece um caminho eficaz para o sucesso.
O controlador de portão serve como um dispositivo intermediário para transferir sinais de controlo de baixa potência, normalmente de um microcontrolador ou de um controlador de modulação de largura de pulso (PWM),para um interruptor de alta potência que regula o fluxo de energiaEstes dispositivos garantem uma comutação limpa, rápida e precisa para otimizar a potência.
Para selecionar um controlador de porta adequado, é necessário avaliar os requisitos de tensão e corrente, topologia e frequência de comutação.precisão do tempo e estabilidade térmica, que são essenciais para sistemas compactos de alto desempenho.
Vantagens da topologia de meia ponte
A topologia de meia ponte é um método amplamente utilizado na conversão de energia moderna, permitindo uma estabilização de tensão eficiente em projetos compactos.Normalmente MOSFETs ou Transistores Bipolares de Portão Isolado (IGBTs), para alternar tensões de entrada, alimentando transformadores em projetos isolados ou alimentando directamente cargas em sistemas não isolados.Esta topologia é valorizada pela sua eficiência e potencial de otimização térmica.
O circuito integrado do condutor do portão é parte integrante do controle desses interruptores e serve como interface entre o controlador e o estágio de alimentação.Este IC converte o sinal PWM em um sinal de acionamento de alta correnteEsta operação rápida e eficiente minimiza a perda de energia e melhora o desempenho geral do sistema.
Em um circuito de meia-ponte, a fonte do MOSFET do lado de alta tensão está conectada ao nó do interruptor, que se move rapidamente entre o solo (0 V) e a tensão de entrada (por exemplo, 12 V, 48 V, etc.).) em função do período de transiçãoQuando um condutor de porta flutuante não isolado é utilizado, o condutor lateral de alta tensão "flutuará" com a tensão do nó do interruptor, de modo a alcançar uma conversão limpa e eficiente.
Quando o isolamento não é necessário, mas a estrutura compacta, a velocidade e a eficiência são priorizadas, o condutor de porta de meio ponte terrestre não isolado é uma solução ideal.Estes condutores são projetados para controlar os interruptores MOSFET lado de alta e baixa tensão, evitando a complexidade do isolamento e assegurando um desempenho de comutação preciso.Funciona melhor num sistema onde todos os componentes estão em comum.
Um condensador bootstrap é geralmente necessário para gerar a tensão de acionamento da porta necessária para o MOSFET do lado de alta tensão. O condensador é carregado quando o interruptor do lado LV está ligado;Quando o interruptor no lado de alta tensão é aberto, o condensador fornece energia.
Quando o MOSFET do lado de baixa voltagem é ligado, o nó de comutação é puxado para a terra, permitindo que um pequeno circuito de condensador de diodo carregue o condensador bootstrap do trilho de alimentação.Quando o MOSFET do lado de alta tensão precisa ser ligado, o condutor impulsiona o portão a uma tensão superior ao nó do interruptor, tipicamente de 10 V a 15 V, usando cargas armazenadas.
O designer deve assegurar que a frequência de abertura do interruptor no lado de baixa tensão seja suficiente para carregar o condensador bootstrap.podem ser necessárias precauções adicionais, como selecionar o valor de capacitância apropriado e minimizar a queda de voltagem através do diodo bootstrap.
Usando uma arquitetura bootstrap e rastreando a tensão do nó do interruptor, o controlador de meio-ponte não isolado do solo flutuante não só evita a complexidade de alcançar isolamento,mas também garante um controlo lateral robusto de alta tensãoÉ simples e eficiente e é ideal para aplicações de comutação de alta frequência, tais como conversores step-down e step-up, reguladores de tensão síncronos,motoristas e amplificadores de áudio da classe D.
Selecione o driver de porta adequado
A selecção de controladores de porta adequados é essencial para assegurar uma operação eficiente, fiável e segura do nível de potência, em especial em aplicações de comutação de alta velocidade, como os conversores de descida.,Os princípios fundamentais da transmissão por portão são amplamente utilizados,determinados critérios de selecção tornam-se especialmente importantes em função dos requisitos do sistema.
Por exemplo, nos sistemas de conversão solar e alimentados a bateria, o condutor de portão deve adaptar-se a grandes variações de tensão de entrada e condições de carga em mudança.É necessária uma tensão nominal lateral de alta tensão com margem suficiente para suportar a flutuação total do carril de potência e garantir a fiabilidade a longo prazo.
Imunidade transitória de modo comum (CMTI) é outra consideração importante. Eventos de comutação rápida criam diferenças de voltagem acentuadas entre os MOSFETs do lado de alta voltagem e do lado de baixa voltagem,causando barulho e zumbidoOs condutores de portão com alto CMTI apresentam um desempenho mais estável num ambiente eletricamente ruidoso.
As correntes de acionamento de pico também são importantes, particularmente em aplicações de alta potência.O condutor deve fornecer corrente suficiente para carregar rapidamente a porta MOSFET e superar a capacitância parasitária para reduzir as perdas de comutação e melhorar o desempenho térmico.
Por fim, o controle do tempo morto desempenha um papel fundamental na topologia de meia ponte.dois MOSFETs estão ligados ao mesmo tempoMuitos condutores de portão têm configurações de tempo morto integradas ou ajustáveis para evitar este problema e proporcionar uma operação segura e eficiente em condições de carga variadas.
Série LTC706x de IDA
A facilidade de uso e as capacidades de comutação de alta velocidade de unidades de meia ponte flutuantes não isoladas são a melhor solução para muitos projetos.(ADI) oferece uma ampla gama de características de alta tensão concebidas para aplicações exigentes.
O LTC706x Floating Ground Non-Isolated Half Bridge Gate Driver (Figura 1) da ADI fornece uma solução multifuncional para atender às necessidades de conversão de energia de alta velocidade e alta tensão.O pacote compacto proporciona um controlo rigoroso do tempo, proteção contra avarias e força motriz poderosa para satisfazer as exigências de várias aplicações, desde automóveis até controlo industrial.