Los circuitos integrados del controlador se centran en lo alto

May 18, 2023

Los circuitos integrados de controlador ocupan un lugar destacado como parte crítica de muchos diseños relacionados con la energía, en vehículos eléctricos (EV), por ejemplo. Un diseño optimizado requiere una mirada más cercana a los requisitos, como la eficiencia, la densidad y el costo. Dependiendo de los detalles de la aplicación, siempre hay compensaciones.

En este artículo, examinamos las brechas que aborda cada uno de estos dispositivos en la industria y examinamos sus características y atributos clave.

A pesar de su popularidad en las tecnologías comerciales, la industria carece de circuitos integrados de controlador de puerta eléctrica que puedan manejar altos niveles de voltaje (superiores a 600 V) en aplicaciones como vehículos eléctricos (EV) y al mismo tiempo mantener un alto aislamiento.

En ese sentido, Renesas Electronics presentó recientemente un nuevo IC de controlador de puerta, el RAJ2930004AGM, que admite dispositivos de alimentación de 1200 V con 3,75 kVrms en voltaje de aislamiento. Está diseñado para accionar IGBT y MOSFET de carburo de silicio (SiC) para inversores de vehículos eléctricos.

Los controladores de puerta reciben señales de control del microcontrolador (MCU) en el dominio de bajo voltaje. Transfieren estas señales para conmutar dispositivos de potencia en el dominio de alto voltaje, creando la necesidad de aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida.

Sin embargo, un alto aislamiento a altos voltajes es particularmente desafiante. El aislamiento todavía exige conexión de alguna manera para permitir el control de los interruptores de alimentación. No debería permitir que fluya una cantidad significativa de corriente entre los dos lados, lo cual es difícil con altos voltajes.

Cuanto mayores son los voltajes, mayor es la tensión sobre el material de aislamiento, lo que dificulta mantener un alto nivel de aislamiento. Además, los picos de alto voltaje también pueden sobrecargar este aislamiento.

Según Renesas, su dispositivo RAJ2930004AGM supera estos desafíos y cuenta con un aislador de 3,75 kVrms mientras soporta hasta 1200 V. Para reducir el pico de alto voltaje, el controlador agrega CMTI (inmunidad transitoria de modo común) a 150 V/ns.

Además, integra una abrazadera Miller activa, apagado suave, circuito de protección contra sobrecorriente, bloqueo por bajo voltaje (UVLO) y retroalimentación de fallas. Su pequeño paquete SOIC16 lo hace adecuado para inversores, cargadores integrados y convertidores DC-DC. Se pueden encontrar más detalles en la hoja de datos RAJ2930004AGM.

Una brecha importante en la industria de los controladores de puertas es la integración. Es posible que la mayoría de los circuitos integrados de controlador de puerta del mercado no sean adecuados para aplicaciones con limitaciones de espacio. Existe la necesidad de controladores IC que puedan integrar múltiples funciones, como control de puerta, regulación de voltaje y protección, en un único paquete de factor de forma pequeño para reducir los componentes externos y ahorrar espacio en la placa.

Con todo eso en mente, Infineon Technologies presentó recientemente su CI de controlador de puerta trifásico MOTIX 6ED2742SOIQ de 160 V. El dispositivo está dirigido a aplicaciones con limitaciones de espacio, como herramientas eléctricas inalámbricas, robótica, drones y vehículos eléctricos ligeros (EV). Integra una unidad de administración de energía (PMU), un amplificador de detección de corriente (CSA) y protección contra sobrecorriente, lo que lo hace muy adecuado para aislamientos de control de motores BLDC (CC sin escobillas) alimentados por batería en esas aplicaciones.

El nuevo Infineon MOTIX 6ED2742SOIQ es un controlador de compuerta de silicio sobre aislante (SOI) de 160 V que presenta una unidad de administración de energía integrada, un amplificador de detección de corriente con ganancia seleccionable entre el voltaje de suministro y tierra, y protección contra sobrecorriente. También tiene diodos de arranque integrados que alimentan tres condensadores externos.

El IC puede admitir un funcionamiento del ciclo de trabajo del 100 % mediante carga lenta. También incluye funciones de protección como bloqueo por subtensión (UVLO), protección contra sobrecorriente con umbral ajustable, comunicación de fallas y recuperación automática de fallas. El controlador de salida está diseñado para una conducción cruzada mínima. El dispositivo ofrece un retardo de propagación de 100 ns y un tiempo muerto mínimo de 100 ns con coincidencia de retardo incorporada.

Para aplicaciones de controladores de motores industriales alimentados por baterías, la confiabilidad térmica es fundamental. El controlador MOTIX está disponible en el paquete QFN-32 con un panel de alimentación expuesto térmicamente eficiente. Hay más información disponible en la hoja de datos 6ED2742SOIQ.

Otro IC de controlador de compuerta específico para aplicaciones lanzado recientemente fue el de Efficient Power Conversion (EPC). Apodado EPC21701, el chip está destinado a aplicaciones de tiempo de vuelo (ToF), incluida la robótica, la detección 3D, la seguridad y las aspiradoras. Es un controlador IC láser de bajo costo que integra 80 V, 40 A controlado con un nivel lógico de 3,3 V.

Para los controladores láser se necesitan altas velocidades de conmutación. Sin embargo, es un desafío debido al estrés de voltaje en el controlador y los transistores. Para evitar daños, el controlador de puerta debe limitar su tiempo de conmutación. La solución de EPC cuenta con tiempos de conmutación inferiores a 1 ns, esencial para los sistemas láser.

Según EPC, el EPC21701 es capaz de funcionar a más de 50 MHz y tiene un pulso corto de 2 nA para impulsar corrientes de hasta 15 A. Cuenta con un tiempo de retardo de propagación de menos de 3,6 ns. Con su pequeño factor de forma BGA y su alto nivel de integración, EPC afirma que su solución ocupa un 36 % menos de espacio en las PCB que una implementación discreta de múltiples chips equivalente. Puede encontrar más información en la hoja de datos EPC21701.