Treiber-ICs konzentrieren sich auf Hoch

May 18, 2023

Treiber-ICs haben einen hohen Stellenwert als kritischer Bestandteil vieler energiebezogener Designs – zum Beispiel in Elektrofahrzeugen (EVs). Ein optimiertes Design erfordert eine genauere Betrachtung der Anforderungen wie Effizienz, Dichte und Kosten. Abhängig von den Besonderheiten der Anwendung gibt es immer Kompromisse.

In diesem Artikel untersuchen wir die Lücken, die jedes dieser Geräte in der Branche schließt, und untersuchen seine wichtigsten Merkmale und Eigenschaften.

Trotz ihrer Beliebtheit in kommerziellen Technologien mangelt es der Branche an Power-Gate-Treiber-ICs, die hohe Spannungspegel (größer als 600 V) in Anwendungen wie Elektrofahrzeugen (EVs) bewältigen und gleichzeitig eine hohe Isolation aufrechterhalten können.

In diesem Sinne hat Renesas Electronics kürzlich einen neuen Gate-Treiber-IC vorgestellt, den RAJ2930004AGM, der 1200-V-Leistungsgeräte mit einer Isolationsspannung von 3,75 kVrms unterstützt. Es ist für den Antrieb von IGBTs und Siliziumkarbid (SiC)-MOSFETs für EV-Wechselrichter konzipiert.

Gate-Treiber empfangen Steuersignale vom Mikrocontroller (MCU) im Niederspannungsbereich. Sie übertragen diese Signale an Schaltgeräte im Hochspannungsbereich, sodass eine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang erforderlich ist.

Eine hohe Isolation bei hohen Spannungen stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar. Die Isolation erfordert immer noch eine Verbindung, um die Steuerung der Leistungsschalter zu ermöglichen. Es sollte keinen nennenswerten Stromfluss zwischen den beiden Seiten zulassen, was bei hohen Spannungen schwierig ist.

Je höher die Spannungen, desto größer ist die Belastung des Isolationsmaterials, wodurch es schwieriger wird, ein hohes Isolationsniveau aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus können Hochspannungsspitzen auch diese Isolierung belasten.

Laut Renesas überwindet das RAJ2930004AGM-Gerät diese Herausforderungen und verfügt über einen 3,75-kVrms-Isolator und hält bis zu 1200 V stand. Um die Hochspannungsspitze zu reduzieren, fügt der Treiber CMTI (Common Mode Transient Immunity) bei 150 V/ns hinzu.

Darüber hinaus sind eine aktive Miller-Klemme, eine sanfte Abschaltung, eine Überstromschutzschaltung, eine Unterspannungssperre (UVLO) und eine Fehlerrückmeldung integriert. Durch sein kleines SOIC16-Gehäuse eignet es sich für Wechselrichter, Bordladegeräte und DC/DC-Wandler. Weitere Details finden Sie im Datenblatt RAJ2930004AGM.

Eine große Lücke in der Gate-Treiber-Branche ist die Integration. Die meisten Gate-Treiber-ICs auf dem Markt sind möglicherweise nicht für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot geeignet. Es besteht ein Bedarf an Treiber-ICs, die mehrere Funktionen wie Gate-Ansteuerung, Spannungsregelung und Schutz in einem einzigen Gehäuse mit kleinem Formfaktor integrieren können, um externe Komponenten zu reduzieren und Platz auf der Platine zu sparen.

Vor diesem Hintergrund hat Infineon Technologies kürzlich seinen 160-V-3-Phasen-Gate-Treiber-IC MOTIX 6ED2742SOIQ vorgestellt. Das Gerät zielt auf platzbeschränkte Anwendungen wie kabellose Elektrowerkzeuge, Robotik, Drohnen und leichte Elektrofahrzeuge (EVs) ab. Es integriert eine Power-Management-Einheit (PMU), einen Strommessverstärker (CSA) und einen Überstromschutz und eignet sich daher gut für batteriebetriebene BLDC-Motorsteuerungsisolationen (bürstenloser Gleichstrom) in diesen Anwendungen.

Der neue Infineon MOTIX 6ED2742SOIQ ist ein 160-V-Silicon-on-Insulator (SOI)-Gate-Treiber mit integrierter Power-Management-Einheit, Strommessverstärker mit wählbarer Verstärkung zwischen Versorgungsspannung und Erde sowie Überstromschutz. Es verfügt außerdem über integrierte Bootstrap-Dioden, die drei externe Kondensatoren versorgen.

Der IC kann einen Betrieb mit 100 % Einschaltdauer durch Erhaltungsladung unterstützen. Es umfasst außerdem Schutzfunktionen wie Unterspannungssperre (UVLO), Überstromschutz mit einstellbarem Schwellenwert, Fehlerkommunikation und automatische Fehlerbehebung. Der Ausgangstreiber ist für minimale Querleitung ausgelegt. Das Gerät bietet eine Ausbreitungsverzögerung von 100 ns und eine minimale Totzeit von 100 ns mit integrierter Verzögerungsanpassung.

Bei batteriebetriebenen industriellen Motorantriebsanwendungen ist die thermische Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung. Der MOTIX-Treiber ist im QFN-32-Gehäuse mit einem thermisch effizienten, freiliegenden Power-Pad erhältlich. Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt 6ED2742SOIQ.

Ein weiterer kürzlich veröffentlichter anwendungsspezifischer Gate-Treiber-IC stammt von Efficient Power Conversion (EPC). Der Chip mit der Bezeichnung EPC21701 ist für Time-of-Flight-Anwendungen (ToF) konzipiert, darunter Robotik, 3D-Sensorik, Sicherheit und Staubsauger. Es handelt sich um einen kostengünstigen Lasertreiber-IC, der 80 V, 40 A integriert und mit einem 3,3-V-Logikpegel gesteuert wird.

Für Lasertreiber sind hohe Schaltgeschwindigkeiten erforderlich. Aufgrund der Spannungsbelastung des Treibers und der Transistoren ist dies jedoch eine Herausforderung. Um Schäden zu vermeiden, muss der Gate-Treiber seine Schaltzeit begrenzen. Die Lösung von EPC zeichnet sich durch Schaltzeiten von weniger als 1 ns aus, was für Lasersysteme unerlässlich ist.

Laut EPC kann der EPC21701 mit mehr als 50 MHz betrieben werden und verfügt über einen kurzen Impuls von 2 nA, um Ströme von bis zu 15 A zu treiben. Er verfügt über eine Ausbreitungsverzögerungszeit von weniger als 3,6 ns. Aufgrund des kleinen BGA-Formfaktors und des hohen Integrationsgrads nimmt die Lösung laut EPC 36 % weniger Platz auf Leiterplatten ein als eine entsprechende diskrete Multi-Chip-Implementierung. Weitere Informationen finden Sie im EPC21701-Datenblatt.