Tecnologia / Guida tecnica
Carica di gate e potenza del driver: definire il modello di alimentazione
Un dispositivo di potenza controllato in tensione può richiedere trasferimenti ripetuti di carica al proprio elettrodo di controllo. La potenza di alimentazione del circuito di pilotaggio del gate riguarda questo percorso di trasferimento della carica. È distinta dalle perdite di conduzione e di commutazione del percorso di potenza principale e non può essere ricondotta a un unico valore universale di capacità di gate.
Carica, escursione della tensione di pilotaggio e frequenza di ripetizione appartengono a un unico modello dichiarato.
Identifica quale energia entra nell'alimentazione del circuito di pilotaggio prima di decidere dove viene immagazzinata o dissipata.
01 / Quantità di carica
Qg si riferisce a una transizione definita e a una condizione operativa definita.
La carica di gate è una quantità di carica associata alla variazione dello stato del gate in condizioni specificate del dispositivo e del circuito.
La carica di gate è una quantità di carica associata al cambiamento dello stato del gate in condizioni specificate del dispositivo e del circuito. Si misura in coulomb. Non è una capacità espressa in farad, sebbene un condensatore lineare a capacità costante soddisfi Q = CV per una variazione di tensione definita.
Le capacità associate al gate di un semiconduttore reale possono dipendere dalla tensione e interagire con la transizione del drain. Pertanto un singolo valore di carica non può essere considerato una costante universale per ogni escursione di tensione o condizione del percorso di potenza. La Guida all'accoppiamento Miller approfondisce separatamente tale interazione.
02 / Modello di fornitura
Specifica un ciclo di carica unipolare senza recupero di energia.
Considerare un'alimentazione di pilotaggio positiva e fissa Vdrive in un modello semplificato, un gate caricato a ogni ciclo dal proprio potenziale di riferimento fino a quello dell'alimentazione e una scarica che lo riporta al riferimento senza recupero di energia.
Si considerino un'alimentazione di pilotaggio positiva e fissa Vdrive, in un modello semplificato, un gate caricato a ogni ciclo dal proprio riferimento fino a tale tensione di alimentazione e una scarica che lo riporta al riferimento senza recupero di energia. Si assuma che la carica Qg venga prelevata da questa alimentazione durante ogni transizione completa di carica, in condizioni operative invariate.
L'energia elettrica assorbita per quella transizione di carica è Ecycle = VdriveQg. Con frequenza di ripetizione frep, la potenza dinamica assorbita dall'alimentazione è Pdynamic ≈ VdriveQgfrep. Il calcolo del progetto di riferimento di TI utilizza questa relazione tra carica, tensione e frequenza e include separatamente gli altri consumi dell'alimentazione. L'espressione non costituisce un modello completo e universale del driver di gate.
03 / Esempio di aritmetica
Esplicitare le unità di carica e il conteggio dei cicli.
Si ipotizzino Qg = 20 nC, Vdrive = 5 V e frep = 1,000 cicli/s nel modello di alimentazione indicato.
Si ipotizzino Qg = 20 nC, Vdrive = 5 V e frep = 1,000 cycles/s nel modello di alimentazione indicato. L'energia prelevata per ciclo è 100 nJ e la potenza media dinamica è 0.0001 W, ovvero 0.1 mW. Queste grandezze inventate illustrano soltanto il calcolo aritmetico.
In tale espressione il ciclo completo di carica e scarica viene conteggiato una sola volta, senza moltiplicare automaticamente per due in ragione dei suoi due fronti. Il conteggio delle transizioni può differire con un'altra configurazione di alimentazione. Nessuno di questi valori ipotizzati rappresenta una tensione di pilotaggio, una frequenza di commutazione, un valore nominale di carica o un'impostazione del controllore MARSTON.
04 / Destinazione energetica
Non tutta l'energia di alimentazione si trasforma in calore nel chip del driver.
Per un'ipotetica capacità di gate ideale e costante C, caricata da zero attraverso un percorso dissipativo da un'alimentazione a tensione fissa V, l'alimentazione fornisce CV².
Per un'ipotetica capacità di gate ideale e costante C, caricata da zero attraverso un percorso dissipativo da un'alimentazione a tensione fissa V, l'alimentazione fornisce CV². Metà diventa energia immagazzinata nel campo e metà viene dissipata durante la carica. La successiva scarica senza recupero dissipa la metà immagazzinata.
Questo noto esempio del condensatore spiega perché l'energia fornita durante un ciclo completo differisce dall'energia massima immagazzinata. Una rete di gate reale può distribuire il calore tra gli stadi di uscita del driver, la resistenza esterna e i percorsi associati al dispositivo. La potenza dinamica assorbita dall'alimentazione non coincide quindi automaticamente con la dissipazione propria del circuito integrato del driver.
05 / Altri contributi
Le perdite dell'interruttore principale hanno un diverso perimetro di valutazione.
Il consumo a riposo, le correnti di dispersione, i circuiti di isolamento e le perdite di conversione dell'alimentazione possono aumentare il consumo complessivo del circuito di pilotaggio.
Il consumo a riposo, le correnti di dispersione, i circuiti di isolamento e le perdite di conversione dell’alimentazione possono aggiungersi al bilancio energetico del pilotaggio. Le escursioni bipolari, le transizioni parziali o i circuiti di pilotaggio con recupero di energia richiedono relazioni specifiche per la carica e l’energia fornita dall’alimentazione. Un singolo termine VdriveQg non determina tali contributi o configurazioni.
La perdita di commutazione del dispositivo principale riguarda invece l'energia associata alla tensione e alla corrente principali durante le transizioni. Il guida alle perdite di commutazione spiega tale confine. Il fabbisogno del circuito di pilotaggio del gate e le perdite nel percorso principale possono interagire, ma non si può semplicemente sostituire l'uno alle altre.
06 / Ambito del prodotto
Un modello della carica non rivela l'implementazione di un convertitore.
Per un'interpretazione utile occorre conservare le condizioni della curva di carica, il riferimento di alimentazione, il ciclo conteggiato, la frequenza di ripetizione e i percorsi di consumo inclusi.
Un'interpretazione utile mantiene le condizioni della curva di carica, il riferimento di alimentazione, il ciclo conteggiato, la frequenza di ripetizione e i percorsi di consumo inclusi. Confrontare valori di carica ottenuti in condizioni diverse può nascondere differenze nelle transizioni effettive. Il modello semplificato aiuta a spiegare la proporzionalità, anziché a scegliere un dispositivo o una frequenza operativa.
Qui non viene confermato alcun tipo di dispositivo di potenza, circuito di pilotaggio del gate, tensione di alimentazione o valore Qg per le apparecchiature MARSTON. Questa guida non fornisce valori di resistenza di gate, regolazioni temporali o istruzioni di collegamento. Spiega il bilancio energetico senza affermare quale tecnologia di commutazione sia implementata né dichiarare un risultato di efficienza.
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Informazioni generali: Texas Instruments: Requisiti di alimentazione per i driver di gate.. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Carica di gate | Qg in C | Transizione e condizioni operative specificate. |
| Alimentazione del circuito di pilotaggio | Vdrive in V | Modello unipolare fisso, positivo e senza recupero. |
| Energia per ciclo | VdriveQg in J | Carica prelevata una sola volta dall'alimentazione dichiarata. |
| Potenza dinamica di alimentazione | VdriveQgfrep in W | Ripetizione di cicli identici e completi. |
| Allocazione del calore | Driver rispetto ad altri percorsi | La potenza di alimentazione non coincide soltanto con la dissipazione del chip di pilotaggio. |
Domande ingegneristiche.
La carica di gate è una capacità?
No. La carica si misura in coulomb; la capacità mette in relazione la variazione di carica con la tensione secondo un modello specificato.
La formula della potenza visualizzata deve sempre essere moltiplicata per due?
No. Nel modello dichiarato viene già conteggiato un intero ciclo ripetuto di carica e scarica.
Tutta la potenza di pilotaggio viene dissipata all'interno del circuito integrato di pilotaggio?
No. L'energia può essere dissipata attraverso diversi percorsi.
La formula include la potenza assorbita dall'alimentazione a riposo?
No. I contributi aggiuntivi al consumo richiedono una contabilizzazione separata.
Si può presumere che la stessa formula valga per un circuito di pilotaggio con recupero di energia?
No. Il suo scambio di energia con l'alimentazione richiede il modello applicabile.
5 V e 1,000 cycles/s sono istruzioni relative al prodotto?
No. Si tratta di valori ipotetici per verificare unità e calcoli.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
Un dispositivo di potenza controllato in tensione può richiedere trasferimenti ripetuti di carica al suo elettrodo di controllo. Condividere il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.