Blog de la compañía Recicle los controladores de puerta Rohm: controladores de puerta aislados/IGBT/MOSFET/lado alto/lado bajo

Recicle los controladores de puerta Rohm: controladores de puerta aislados/IGBT/MOSFET/lado alto/lado bajo

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I. Descripción general del producto

Aprovechando el proceso de circuito integrado de alto voltaje SOI de ROHM y la tecnología de aislamiento de microtransformadores en chip, hemos establecido una línea de productos integral que cubre el lado alto y el lado bajo no aislados, así como líneas de productos de controladores de compuerta aislados de uno y dos canales aislados, totalmente compatibles con dispositivos de energía como MOSFET de silicio, IGBT, MOSFET de SiC de tercera generación y HEMT de GaN. Estos productos cubren una amplia gama de aplicaciones de conversión de energía de alto y bajo voltaje, incluida la conversión de frecuencia industrial, almacenamiento de energía fotovoltaica, sistemas de propulsión eléctrica para automóviles, fuentes de alimentación para servidores, sistemas UPS y conversión de energía para robots humanoides.

Las líneas de productos se clasifican en dos grupos principales según la arquitectura:

Controladores de compuerta de lado alto y bajo no aislados (series HVIC BM60/BS/BD): arquitectura de tierra flotante Bootstrap, voltaje soportado de tierra flotante de alto voltaje de 600 V a 1200 V, dedicado a configuraciones de medio puente y puente trifásico, que ofrece bajo costo y alta integración;

Controladores de puerta aislados (series aisladas BM61/BM6GD): con aislamiento eléctrico basado en transformador en chip, con tensiones soportadas de aislamiento de 2500 Vrms/3750 Vrms; separación completa de circuitos de alta y baja tensión; adecuado para estándares de seguridad de alto voltaje, seguridad funcional automotriz y aplicaciones de accionamiento IGBT/SiC de alta potencia;

Ambas categorías de productos admiten conducción independiente del lado alto y del lado bajo, con opciones para soluciones integradas de un solo canal, de dos canales y trifásicas. Incorporan múltiples funciones de protección, incluido UVLO (bloqueo de subtensión), sujeción Miller activa, protección contra sobretensión y detección de cortocircuitos, al tiempo que equilibran la eficiencia de conmutación, la supresión de EMI y la confiabilidad operativa a largo plazo.

II. Análisis de la arquitectura técnica central y la clasificación.

(1) Controladores de puerta de lado alto/bajo no aislados (serie HVIC Bootstrap, para controlar IGBT/MOSFET)

1. Principio operativo básico

Utilizando el proceso SOI (Silicon-on-Insulator) probado de ROHM, el canal del lado alto recibe una fuente de alimentación flotante a través de un diodo de arranque y un condensador de arranque, lo que elimina la necesidad de una fuente de alimentación aislada; Un circuito integrado de cambio de nivel de alto voltaje permite la transmisión de señales lógicas de 3,3 V/5 V desde el lado de control al lado de alto voltaje de 1200 V. Un solo chip emite simultáneamente señales de accionamiento del lado alto y del lado bajo, admite topologías de inversor trifásico, medio puente y puente completo, y controla directamente MOSFET de canal N y dispositivos de potencia IGBT.

2. Modelos representativos y parámetros clave

BM60212FV-C (controlador de lado alto y lado bajo de doble canal de 1200 V de grado automotriz)

Tensión soportada en suelo flotante: 1200 V; Certificación automotriz AEC-Q100 Grado 1; apoya el análisis de seguridad funcional;

Rango de tensión de alimentación: 10–24 V; sujeción Miller activa incorporada y protección contra bajo voltaje UVLO;

Retraso típico de subida/bajada: 55 ns; compatible con entradas lógicas MCU de 3,3 V/5 V;

Aplicaciones: Cargadores integrados (OBC), inversores integrados y circuitos industriales de medio puente IGBT de 1200 V.

BS2114F (controlador de lado alto y lado bajo de uso general de 600 V)

Tensión soportada en suelo flotante: 625 V; corriente de salida: ±500 mA;

Tiempo muerto fijo integrado de 160 ns, fuente de alimentación UVLO, paquete compacto SOP8;

Aplicaciones: Inversores domésticos, microinversores fotovoltaicos de pequeña escala, convertidores CC-CC de almacenamiento de energía de 48 V.

BD2310G (controlador dedicado de lado bajo de un solo canal)

Arquitectura pura de lado bajo, corriente disipadora/fuente de 4 A, paquete SSOP5 ultracompacto;

Entrada lógica de 2,0 a 5,5 V, VCC de 4,5 a 18 V, conmutación de alta velocidad de 15 ns;

Adecuado para: rectificación síncrona de bajo voltaje, interruptores auxiliares MOSFET/IGBT de lado bajo y controladores de interruptor de alimentación auxiliar para robots humanoides.

BD67871MWV-Z (controlador trifásico integrado de lado alto y lado bajo, controlador de puerta activo TriC3™)

Tres circuitos de medio puente integrados (6 controladores de lado alto y lado bajo), amplio rango de voltaje de 4,5 a 60 V;

La exclusiva regulación de corriente de puerta dinámica TriC3™ de ROHM, que reduce simultáneamente las pérdidas de conmutación y el timbre EMI;

Protección integral incorporada que incluye tiempo muerto, sobrecorriente, subtensión y apagado térmico;

Adecuado para: motores industriales BLDC, herramientas eléctricas y servoaccionamientos de articulaciones de robots humanoides.

3. Ventajas del producto

Aislamiento de alto voltaje mediante proceso SOI; el aislamiento interno del chip elimina la necesidad de optoacopladores externos o transformadores de aislamiento, lo que reduce los costos de la lista de materiales;

La integración de un solo chip de canales duales de lado alto y bajo simplifica los circuitos periféricos de medio puente y reduce la inductancia parásita en el enrutamiento de PCB;

La sujeción activa de Miller suprime la conducción errónea de la corriente de Miller durante el apagado de IGBT/MOSFET, evitando la conducción directa entre los interruptores superior e inferior y la posterior falla del dispositivo;

Disponible tanto en calidad automotriz como industrial, con un amplio rango de temperatura de funcionamiento de –40 °C a 125 °C, adecuado para condiciones de funcionamiento exigentes.

(II) Controlador de puerta aislado (aislamiento de transformador en chip, compatible con IGBT/MOSFET/SiC/GaN)

1. Principio operativo básico

Utilizando el proceso de integración de microtransformadores en chip patentado por ROHM, el transformador de aislamiento, la modulación y demodulación de señal y los circuitos de accionamiento de alto/bajo voltaje se integran en un solo chip, logrando un aislamiento eléctrico completo entre el lado de control (MCU de bajo voltaje) y el lado de energía (IGBT/SiC de alto voltaje). La tensión soportada de aislamiento es de hasta 3750 Vrms, cumpliendo con el estándar de aislamiento UL1577; La doble protección UVLO independiente en los lados de entrada y salida garantiza que no haya interferencias de tierra común entre los circuitos de alto y bajo voltaje, evitando así que la diafonía de alto voltaje dañe el controlador principal, lo que lo hace adecuado para equipos de alta potencia y alto nivel de seguridad.

2. Desglose de las principales líneas de productos

(1) Serie BM61S (controladores aislados universales para SiC/IGBT, grado automotriz 3750 Vrms)

Modelos representativos: BM61S40RFV-C (un solo canal), BM61S41RFV-C (doble canal, lado alto y lado bajo)

Tensión soportada de aislamiento de 3750 Vrms; Grado automotriz AEC-Q100 Grado 1; apoya la seguridad funcional;

Corriente de salida de ±4A; tensión de alimentación del lado secundario de 16 a 24 V; perfectamente adaptado al voltaje de accionamiento de 18 V de los MOSFET de SiC de tercera generación;

Sujeción Miller activa incorporada, entrada/salida de doble canal UVLO y protección contra sobretensión (OVP);

Retardo máximo de propagación de E/S de 65 ns, ancho de pulso de entrada mínimo de 60 ns, compatible con conmutación de alta frecuencia;

Los modelos de doble canal pueden controlar directamente los dispositivos de potencia del lado alto y bajo de un medio puente, eliminando la necesidad de dos controladores aislados de un solo canal;

Aplicaciones: inversores principales para automóviles, convertidores de almacenamiento de energía comerciales e industriales a gran escala, inversores fotovoltaicos de 1500 V y módulos de potencia industriales de SiC de 1200 V.

(2) Serie BM6GD (controladores aislados dedicados GaN de banda ancha)

Modelo representativo: BM6GD11BFJ-LB

Tensión soportada de aislamiento de 2500 Vrms, optimizada específicamente para HEMT GaN de alto voltaje;

Los pines de carga/descarga de la compuerta separados permiten el ajuste independiente de las pendientes de los bordes ascendentes y descendentes para suprimir el timbre de alta frecuencia en GaN;

Admite conmutación de frecuencia ultraalta de hasta 2 MHz, aprovechando las ventajas de miniaturización de alta frecuencia de los dispositivos GaN;

UVLO de entrada/salida dual con respuesta de pulso estrecha, adecuado para fuentes de alimentación de servidores de alta densidad, módulos de alta potencia de carga rápida y unidades de conversión de energía de alto voltaje para robots humanoides.

3. Ventajas principales de los productos aislados

Clasificación de seguridad máxima: alto aislamiento de 3750 Vrms, que cumple con los estándares de aislamiento de alto voltaje para automoción, almacenamiento de energía y fotovoltaica, lo que reduce la complejidad del diseño de seguridad;

Integración líder: los transformadores en chip reemplazan a los optoacopladores externos y las fuentes de alimentación aisladas, lo que simplifica significativamente el diseño de la PCB y reduce el tamaño total de la unidad;

Optimizado para dispositivos de banda ancha: los rangos de voltaje del variador del lado secundario cubren los requisitos del variador para 18 V SiC, 15 V IGBT, 12 V Si MOS y 6–10 V GaN;

Fuerte inmunidad a las interferencias: el aislamiento del transformador elimina los problemas de deriva de temperatura y atenuación inducida por el envejecimiento asociados con los optoacopladores, ofreciendo una estabilidad superior en condiciones operativas de alta temperatura y alta frecuencia en comparación con las unidades basadas en optoacopladores;

Protección integral en todos los escenarios: sujeción Miller integrada, detección DESAT de subtensión, sobretensión y cortocircuito de doble canal y salida de señal de falla.

III. Funciones básicas generales (estándar en toda la gama de controladores de lado alto, lado bajo y aislados)

1. Sujeción activa de Miller (abrazadera activa de Miller)

Los IGBT y los MOSFET de SiC generan corrientes de Miller en el momento del apagado, lo que puede causar fácilmente una conducción errónea del dispositivo de alimentación del lado opuesto, lo que resulta en un cortocircuito. Toda la gama de controladores de puerta de ROHM incorpora un pasador de sujeción Miller exclusivo; esto reduce a la fuerza el potencial de la puerta durante el apagado, eliminando por completo el disparo falso inducido por Miller, mejorando significativamente la confiabilidad de las configuraciones de medio puente y puente trifásico y reduciendo el riesgo de falla del dispositivo.

2. Protección dual de bloqueo por subtensión UVLO

Serie no aislada: Detección independiente de subtensión para fuentes de alimentación de accionamiento del lado alto y bajo; la salida se bloquea cuando el voltaje es insuficiente, evitando que los dispositivos de potencia se sobrecalienten y se quemen en la región lineal;

Serie aislada: UVLO dual para el lado de control (lado primario) y el lado de potencia (lado secundario); el controlador se apaga inmediatamente si el voltaje en cualquiera de los lados se vuelve anormal, al mismo tiempo que envía un indicador de falla a la MCU.

3. Amplia compatibilidad de niveles lógicos

Todas las entradas del controlador admiten lógica MCU estándar de 3,3 V/5 V; Ciertos modelos de bajo voltaje son compatibles con entradas de bajo nivel de 2 V, lo que permite la interfaz directa con toda la gama de microcontroladores Renesas, STM y TI sin la necesidad de chips de cambio de nivel adicionales.

4. Amplio rango de temperaturas para grados industriales y automotrices

Grado industrial: –40°C a 105°C; Grado automotriz AEC-Q100 Grado 1: –40 °C a 125 °C, adecuado para aplicaciones que requieren un funcionamiento continuo a largo plazo, como energía fotovoltaica para exteriores, accionamientos eléctricos para automóviles, servosistemas industriales y robots humanoides.

5. Tiempo muerto ajustable y protección contra cortocircuitos.

Los modelos trifásicos y de doble canal integran circuitos de tiempo muerto incorporados, y algunos modelos admiten la personalización del tiempo muerto mediante resistencias externas; Los controladores aislados de lado alto incorporan detección de cortocircuito DESAT, lo que permite un apagado suave durante condiciones de sobrecorriente del IGBT para suprimir picos de voltaje y proteger los dispositivos de energía.

IV. Escenarios típicos de aplicaciones industriales

Aplicaciones de vehículos de nueva energía

El controlador de doble canal aislado BM61S41RFV-C, combinado con los controladores de lado alto y bajo de grado automotriz BM60212, se utiliza en inversores de accionamiento principal de vehículos, cargadores integrados (OBC) y convertidores elevadores CC-CC, cumpliendo con los requisitos de seguridad funcional automotriz y aislamiento de alto voltaje.

Fotovoltaica y almacenamiento de energía

La serie BM61S aislada de 3750 Vrms impulsa inversores de cadena de 1500 V y convertidores PCS bidireccionales para sistemas de almacenamiento de energía; La arquitectura aislada elimina la interferencia causada por una tierra común entre circuitos de alto y bajo voltaje, mejorando la estabilidad operativa a largo plazo de las centrales eléctricas.

Servomotores y motores industriales

El controlador trifásico integrado de lado alto y lado bajo BD67871, combinado con el BS2114F, acciona motores BLDC industriales de 24 a 48 V, servomotores y herramientas eléctricas; La tecnología TriC3 equilibra la alta eficiencia con una baja EMI.

Fuentes de alimentación conmutadas de alta densidad

El controlador aislado GaN BM6GD11 se utiliza en fuentes de alimentación de servidores de alta frecuencia de 2 MHz y cargadores rápidos industriales de alta potencia, lo que reduce el tamaño de los componentes magnéticos del sistema; El controlador de lado bajo BD2310 se utiliza en circuitos de rectificación síncronos.

Sistemas de energía de robots humanoides

Conversión de bus de alto voltaje: el controlador aislado BM61S controla los dispositivos de alimentación de SiC para lograr una conversión elevadora/reductora de CC-CC de alto voltaje desde la batería;

Servoaccionamientos conjuntos: el controlador trifásico de lado alto y lado bajo BD67871 controla motores sin escobillas en las juntas;

Fuente de alimentación auxiliar de bajo voltaje: el controlador MOSFET de lado bajo BD2310 controla los dispositivos de conmutación auxiliares, agilizando la lista de materiales general y reduciendo las demandas de gestión térmica.

UPS, Máquinas de Soldar e Inversores Industriales

El controlador de lado alto y bajo BM60212 de 1200 V, combinado con la serie aislada BM61S, es adecuado para topologías de inversores IGBT de alta potencia, con múltiples medidas de protección que garantizan un funcionamiento continuo y resistente del equipo.