Aplicable a todos los optoacopladores de accionamiento de compuerta
Esta nota de aplicación describe el cálculo de la potencia del controlador de puerta y la disipación de calor de los circuitos integrados de optoacoplador de control de puerta. Los optoacopladores de accionamiento de compuerta se utilizan para accionar, encender y apagar interruptores de semiconductores de potencia, MOSFET/IGBT. El cálculo de la potencia de accionamiento de la compuerta se puede dividir en tres partes. Potencia disipada o perdida en los circuitos internos del controlador, potencia enviada a los interruptores de semiconductores de potencia (IGBT/MOSFET), potencia perdida en componentes externos (como resistencias de compuerta externa) entre el IC del controlador y los interruptores de semiconductores de potencia. El siguiente ejemplo describe el diseño de un controlador de puerta IGBT utilizando Avago ACPL-332J (controlador de puerta inteligente de 2,5 nA de pico). Esta guía de diseño también se aplica a los controladores de puerta MOSFET.
Resistencia de puerta IGBT/MOSFET
Al elegir el valor de RG, es importante tener en cuenta tanto el controlador de compuerta IC como el interruptor de semiconductores de potencia, el MOSFET/IGBT. Para los circuitos integrados de controlador de compuerta, elija RG que esté dentro de la clasificación de disipación de potencia máxima permitida del circuito integrado mientras genera/hunde la corriente de controlador máxima posible. Desde el punto de vista de IGBT o MOSFET, la resistencia de puerta influye en el cambio de voltaje dVCE/dt y el cambio de corriente diC/dt durante los períodos de encendido y apagado.
Por lo tanto, cuando un diseñador elige un IGBT o MOSFET, es importante elegir también un optoacoplador de controlador de compuerta adecuado. Esto se debe a que las clasificaciones de corriente y potencia del controlador determinan la velocidad de encendido o apagado del IGBT o MOSFET.
Operación de alimentación de accionamiento de compuerta dentro de IC Clasificación de potencia máxima permitida
El consumo de energía del optoacoplador de la unidad de compuerta es una combinación de la energía de salida al IGBT/MOSFET (círculo rojo) y la energía de entrada debido al consumo de energía del LED de entrada (círculo azul). El consumo de energía del segundo LED utilizado para la retroalimentación de fallas es insignificante porque la corriente que impulsa el transistor de colector abierto es pequeña.
Los pasos de cálculo son los siguientes.
1. Calcule el RG mínimo requerido de acuerdo con la corriente de puerta pico máxima.
2. Calcular el consumo total de energía
3. Compare el consumo de energía de entrada y salida calculado en el paso 2 con el consumo de energía máximo recomendado del IC. (Si se excede el nivel máximo recomendado, puede ser necesario aumentar el valor de RG para disminuir la potencia de conmutación y repetir el paso 2).
En este ejemplo, el consumo total de energía de entrada y salida del ACPL-332J se calcula bajo las siguientes condiciones:
Paso I: Calcular el RG mínimo a partir de la especificación del pico de la LIO. Para encontrar la LIO de carga máxima, suponga que la puerta se carga inicialmente a un valor de estado estable de VCC. Para ACPL-332J, la caída de voltaje se aproxima linealmente como 4,5 V para una salida de 2,5 A a 70 °C (Figura 3: VOL y LIO). Por lo tanto, aplicamos las siguientes relaciones:
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