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EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2023 XIII GATE DRIVERS Un altro parametro da tenere in considerazione è la cor- rente di picco (I pk ) necessaria per caricare e scaricare il gate. Essa è funzione di V s , R int e R g e viene calcolata tra- mite la formula: In molti casi, questa corrente di picco è superiore rispetto a quella che può fornire il convertitore c.c./c.c. Piuttosto che ricorrere a un’alimentazione più grande e costosa (che opera con un duty cycle inferiore), la maggior parte dei progetti prevede che la corrente venga fornita attra- verso convertitori “bulk” sui terminali di alimentazione del driver, che vengono caricati dal convertitore durante le porzioni del ciclo a bassa corrente. Le dimensioni di questi condensatori bulk vengono de- terminate mediante semplici calcoli. Tuttavia, è anche importante che abbiano una bassa resistenza equivalente serie (ESR) e una ridotta induttanza (ESL), inmodo da non ostacolare la corrente transitoria che erogano. Altre considerazioni sui convertitori per gate driver Per quanto concerne questi convertitori, è anche neces- sario tener presente i seguenti aspetti: • Regolazione: il carico del convertitore c.c./c.c. è pros- simo allo zero quando il dispositivo non commuta. Tuttavia, la maggior parte dei convertitori conven- zionali richiede un carico minimo in ogni momento; in caso contrario, la tensione di uscita può aumentare drasticamente, fino al livello di breakdown del gate. L’alta tensione viene immagazzinata nei condensa- tori bulk e, quando il dispositivo inizia a commuta- re, potrebbe registrare una sovratensione del gate fino al momento in cui non vengono ripristinate le condizioni di funzionamento con carico normale. È quindi opportuno utilizzare un convertitore c.c./c.c. con tensioni di uscita agganciate (clamped) o con re- quisiti di carico minimo molto bassi. • Avvio (start-up) e spegnimento (shut-down) : è importante che gli IGBT e i MOSFET non vengano pilotati attiva- mente dai segnali di controllo PWM finché i terminali di tensione del circuito di pilotaggio non raggiungano i valori previsti. Tuttavia, quando i convertitori per il pi- lotaggio del gate vengono accesi o spenti, può verificar- si una condizione transitoria in cui i dispositivi posso- no essere azionati anche con il segnale PWM inattivo, causando la conduzione incrociata (con i conseguenti possibili danni). Pertanto, le uscite del convertitore c.c./c.c. devono evidenziare un comportamento corret- to durante l’accensione e lo spegnimento, con un au- mento e una diminuzione monotonici (Fig. 8). • Capacità di accoppiamento e isolamento : nelle appli- cazioni ad alta potenza, gli inverter o i convertito- ri di potenza utilizzano tipicamente una configu- razione a ponte per generare la corrente alternata alla frequenza di linea o per fornire il pilotaggio PWM bidirezionale a motori, trasformatori o altri carichi. Per la sicurezza dell’utente e per soddi- sfare i requisiti normativi, il segnale PWM di pi- lotaggio del gate e i relativi terminali di alimen- tazione degli interruttori high-side richiedono l’isolamento galvanico da terra senza alcun per- corso ohmico. Inoltre, la barriera di isolamento deve essere robusta e non dar luogo a un deteriora- mento significativo dovuto a ripetuti effetti di sca- rica parziale per l’intero ciclo di vita del progetto. Inoltre, vi sono problemi dovuti all’accoppiamen- to capacitivo ai capi della barriera di isolamento: si tratta di un fenomeno analogo alla corrente di di- spersione tra gli avvolgimenti primari e secondari di un trasformatore di linea in c.a. completamente iso- lato. Per tale motivo è necessario che il circuito di pi- lotaggio e i relativi terminali di alimentazione siano immuni da dV/dt elevate del nodo di commutazione e abbiano una capacità di accoppiamento molto bassa. Il meccanismo alla base di questo problema è le- gato ai fronti di commutazione molto veloci, tipi- camente dell’ordine di 10 kV/μs ma che possono arrivare anche a 100 kV/μs per i dispositivi GaN più recenti. Questa rapida variazione di tensio- ne nel tempo (dV/dt) provoca un flusso di cor- rente transitoria attraverso la capacità della barriera di isolamento del convertitore c.c./c.c. Fig. 8 – Durante le sequenze di accensione e spegnimento le uscite del convertitore c.c./c.c. non devono dar luogo a transitori di tensione (Fonte: Murata Power Solutions)