スマートファクトリーでは、モーターの効率向上により幅広いメリットがもたらされます。この記事では、ADIの絶縁ゲート ドライバの重要な機能を紹介します。
高速スイッチングによりモーターの動作効率が向上
国際エネルギー機関のデータによると、モーター駆動システムで消費される電力は世界の電力消費量の40% を占めています。モーターの効率向上は、必要な省エネと炭素削減に大きなメリットをもたらします。動作中にMOSFETまたはIGBTを制御し、ユーザーが指示したオン/オフの速度に応じてモーターの電流を制御することで、モーターの動作効率が大幅に向上します。
パワーエレクトロニクス（駆動技術など）では、IGBTは高電圧・高電流スイッチングとしてよく使用されます。これらのパワートランジスタは電圧によって制御され、主な損失はスイッチング時に発生します。スイッチング損失を最小限に抑えるには、スイッチング時間を短くする必要があります。ただし、高速スイッチングには高電圧過渡現象の危険性も伴い、プロセッサ ロジックに影響を与えたり、損傷を与えたりする可能性があります。したがって、IGBTに適切なゲート信号を提供するゲート ドライバは、短絡保護を提供する機能も実行し、スイッチング速度に影響を与えます。これらの機能のいくつかは、ゲート ドライバーを選択する際に重要になります。
スイッチング中、トランジスタには高電圧と高電流の両方が印加される状態になります。オームの法則によれば、これらの状態の持続時間に応じて一定の損失が発生するため、これらの期間を最小限に抑えることが目標となります。ここでの主な影響要因はトランジスタのゲート容量です。これはスイッチングを実現するために充電/放電する必要があり、過渡電流が大きいほどこのプロセスが加速されます。したがって、より高いゲート電流をより長い時間供給できるドライバは、スイッチング損失においてよりプラスの役割を果たすことができます。
電磁干渉の低減と電圧オーバーシュート制御の実現
ADIは、インダストリアル4.0テクノロジーの開発促進に尽力してきました。同社のADuM4122絶縁ゲート ドライバは、iCoupler® テクノロジを使用した絶縁型デュアル ドライブ強度出力ドライバであり、設計者はより効率的な電力スイッチング テクノロジを最大限に活用して、顧客がモーション システムの効率を最大化し、より高密度のオートメーションに移行する際の電磁 (EM) 放出を最小限に抑えられるように支援します。
ADuM4122は、デジタル信号によって制御される2つのスルー レートを効率的に切り替えることができるシンプルなデュアル ドライブ強度出力ドライバです。20ピン以上の現在のディスクリート ソリューションや複雑な統合ソリューションと比較すると、ADuM4122はサイズが小さく、ピンも8ピンしかないため、さまざまな動作条件で使用できます。
ADuM4122はiCoupler® テクノロジーを使用して高精度の絶縁を実現し、8リードのワイドボディSOICパッケージで5 kV rmsの絶縁を提供します。これらの絶縁コンポーネントは、高速CMOSとモノリシック トランス テクノロジを組み合わせて、代替製品 (パルス トランスとゲート ドライバの組み合わせなど) よりも優れたパフォーマンス特性を提供します。
ADuM4122は3.3 V ～ 6.5 Vの入力電源電圧範囲で動作し、低電圧システムとも互換性があります。高電圧レベル変換方法を使用するゲート ドライバとは異なり、ADuM4122は入力領域と出力領域の間に真のガルバニック絶縁を提供します。ADuM4122には、2つの出力駆動強度のスルー レート制御を容易にするための2つの出力ピンも含まれています。VOUT ピンはVIN+ ピンのロジックに従いますが、ブースト出力VOUT_SRC はVIN+ ピンに従うように切り替えたり、高インピーダンスに設定したりできます。スルーレートのトグルは一次側で制御され、スルーレート制御により電磁干渉 (EMI) を低減し、電圧オーバーシュート制御を実現できます。
さらに、ADuM4122の内部温度がサーマル シャットダウン温度を超えると、内部サーマル シャットダウンによって出力が低く設定されます。したがって、ADuM4122は、さまざまなスイッチング電圧でIGBTおよびMOSFET構成のスイッチング特性を確実に制御し、シンプルなスルー レート制御を可能にします。
高性能アプリケーション向けのシステム機能の向上
ADuM4122の各出力ピンは、2 Aの出力電流 (<3 Ω RDSON_X) をサポートし、3 Aのピーク短絡電流を持ち、3.3 V ～ 6.5 V (VDD1) および4.5 V ～ 35 V (VDD2) をサポートし、3.3 V VDD1 で低電圧ロックアウト (UVLO) 機能を備えた正方向しきい値を持ち、VDD2 には複数の正方向しきい値UVLOオプションがあり、これにはUVLOを備えた4.4 V (標準) の正方向しきい値が含まれます。グレードAでは7.3 V (標準) の正方向しきい値 (UVLOあり)、グレードBでは7.3 V (標準) の正方向しきい値 (UVLOあり)、グレードCでは11.3 V (標準) の正方向しきい値 (UVLOあり) です。
ADuM4122は、最大48 nsの立ち下がりエッジ伝搬遅延、CMOS入力ロジック レベル、150 kV/µsを超える高いコモンモード過渡耐性、125 ℃ の高い動作接合温度、デフォルトの低出力、選択可能なスルー レート制御、安全性および規制承認、UL 1577認識、5 kV rmsで1分、CSAコンポーネント受け入れ通知5A、およびDIN V VDE V 0884-10およびVIORM = 849 Vピークに準拠したVDE適合証明書など、正確なタイミング特性もサポートしています。
ADuM4122は、高いコモンモード過渡除去と低い伝播遅延により、システムの機能性をさらに向上させます。スイッチング電源、絶縁型IGBTおよびMOSFETゲート ドライバ、産業用インバータなどの製品に適用でき、モーション コントロール、ロボット工学、エネルギーなどの高性能アプリケーションに適しています。
スルーレートを簡単に設定して製品開発のスピードを向上
製品開発をスピードアップするために、ADIはADuM4122をサポートする評価ボードも導入しました。EVAL-ADuM4122EBZ評価ボードには、さまざまな駆動条件を構成するためのジャンパーとネジ端子が備わっています。EVAL-ADuM4122EBZボードは、Vの矩形波とDC値を処理します。イン+ およびSRCピン。
ADuM4122は最大35Vの電圧で動作します。Vのロジックレベルはイン+ ピン電圧はVを制御する外 出力、SRCピンはV出力ソース ピンは高インピーダンスに設定されているか、またはVでユーザーが提供したパルス幅変調（PWM）入力のロジックに従います。イン+。外部直列ゲート抵抗をVOUT およびVOUT_SRC ピンからの出力と組み合わせると、絶縁ゲート ドライバで2つのスルー レートを簡単に選択できるようになります。
EVAL-ADuM4122EBZボードは、デバイスの伝播遅延、駆動強度、スルー レート選択、および入力ロジックをテストします。3 Aの短絡出力能力、出力電力デバイス抵抗 <3 Ω、出力電圧範囲35 Vを備え、出力および入力UVLOをサポートします。パッド配置は、さまざまなスイッチ タイプと外部直列ゲート抵抗器に適しています。接続が容易なネジ端子を備えているため、容量性負荷テスト用に配置でき、スルーレートはジャンパーを使用して簡単に設定できます。
結論
これまで、ゲート ドライバーを使用する場合、すべての動作ポイントでEMシステム規制に準拠するために、システムを過剰に設計することが一般的でしたが、利用率は不十分でした。ADIのADuM4122絶縁ゲート ドライバは、低速スイッチングから高速スイッチングへの移行を動的に実現できるため、効率を犠牲にすることなくEM放射を最適化できます。つまり、排出量と消費電力を削減する場合、パフォーマンスを犠牲にする必要はありません。電源システムを開発する際の最良の選択肢の1つになります。