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Il pilotaggio
MOS e IGBT in commutazione
Esaminiamo cosa succede quando il MOS oppure un IGBT passa da ON a OFF o viceversa. Tale
passaggio non è istantaneo. Esso dipende:
- Dal tempo di carica e scarica della capacità di ingresso (Gate). Il valore
della CISS (oppure della
CIES) è dato e quindi tale tempo
dipende da quanta corrente viene fornita a Gate
- Dal tempo di salita e discesa proprio del componente. In genere tale valore è
più piccolo, anche di molto, del precedente. Lo si può spesso
considerare
trascurabile
Il grafico seguente mostra schematicamente:
- in grigio l'andamento della tensione sul gate. Si noti come l'andamento sia
irregolare, a causa della non linearità della capacità del Gate
- In rosso l'andamento della corrente ID, inizialmente bassa
(interruttore aperto), poi alta (interruttore chiuso), infine ancora
bassa
- in blu l'andamento della tensione VGS, prima alta (interruttore
aperto), poi bassa (interruttore chiuso), infine ancora alta
- In verde la potenza dissipata, prodotto istante per istante di
tensione VDS e corrente ID.
Osservazione
- La potenza media dissipata a regime è piccola, spesso trascurabile, sia quando il
componente conduce che quando il componente non conduce
Quesiti
- Dove viene dissipata la maggior parte della potenza?
- Cosa succede se la capacità del Gate viene caricata lentamente?
- Cosa succede se il MOS o l'IGBT viene aperto e chiuso ad alta frequenza?
Per ridurre la potenza dissipata durante la commutazione occorre caricare
(o scaricare) il più velocemente possibile il Gate. Per fare ciò si
usano appositi circuiti. Di seguito un esempio:
Nel circuito integrato
UCC27425 sono presenti due driver tra di loro indipendenti che, dal
punto di vista logico, si comportano come una porta invertente ed una porta
non invertente. La differenza rispetto alle normali porte logiche è
soprattutto nel fatto che la corrente di uscita assume valori molto elevati,
in genere superiore a un ampere.
Da notare anche come i tempi di salita e
discesa siano relativamente ridotti.
Per un pilotaggio di tipo high-side
servono Gate driver specifici. Un circuito adatto potrebbe essere il
seguente, basato sul circuito
integrato IRS2186 capace di pilotare indipendentemente un MOS o un IGBT high-side
e uno low-side:
Sono mostrati due MOS, uno connesso come high-side ed uno connesso come
low-side. Sono evidenziati:
- In verde il MOS high-side, cioè con il Drain connesso alla
alimentazione positiva ed il Source connesso al carico (quest'ultimo non
disegnato)
- In giallo il diodo ed il condensatore necessari per generare la
tensione superiore alla tensione a cui è connesso il carico (in questo
caso può arrivare addirittura a 600 V). Il principio di funzionamento è
quello della pompa
di carica.
Osservazioni
- Si notino i due condensatori connessi tra massa e le due alimentazioni:
il loro compito è quello di assorbire le forti correnti generate dalla
rapida commutazione dei componenti
- Questo circuito non isola la tensione di alimentazione della sezione
di potenza dal
circuito di comando. Potrebbe quindi avere problemi di sicurezza
