Evolución del aislamiento
Debido a que el aislamiento debe proporcionar una barrera física de protección entre los dominios de alta y baja tensión, su integración en los gate-drivers ha sido difícil de realizar. De ahí que el aislamiento se haya implementado en el pasado generalmente con componentes adicionales de tipo discreto. Una de las técnicas más empleadas en el aislamiento se basa en optoacopladores.
El aislamiento basado en optoacopladores exige dos elementos como mínimo: emisor y receptor. El emisor convierte una señal eléctrica en fotones y el receptor convierte los fotones de nuevo en una señal eléctrica. La separación física entre el emisor y el receptor aporta el aislamiento y se pueden integrar ambos dispositivos en un solo encapsulado. Si bien los optoacopladores proporcionan un aislamiento fiable y se puede adaptar para ofrecer una elevada tensión de aislamiento superior a 5 kV rms, presentan algunos inconvenientes relacionados con la fiabilidad y el cambio en sus características a causa del envejecimiento. Los optoacopladores también son relativamente complejos e incorporan varios componentes para obtener el aislamiento.
Más recientemente compañías como ON Semiconductor han logrado desarrollar un aislamiento basado en la tecnología del transformador sin núcleo y en su integración en un solo encapsulado que sustituye al aislamiento óptico. Utiliza aislamiento galvánico y totalmente integrado en un solo dispositivo junto con la circuitería de control de puerta. El acoplamiento magnético entre los inductores micro fabricados transmite la señal a través de la barrera de aislamiento de forma consistente y económica.
La importancia de la meseta de Miller
Los interruptores de potencia, como los IGBTs o los MOSFETs, sufren la denominada meseta de Miller, una región de la curva de transferencia que se produce durante la conmutación. Cuando la puerta pasa de ON a OFF, la tensión de colector a emisor o de drenador a fuente empiece a aumentar o a disminuir y, cuando esto empieza a ocurrir se forma una capacidad parásita entre el colector o el drenador y la puerta denominada capacidad de Miller. Para finalizar el proceso de conmutación a ON el controlador tiene que cargar esta capacidad de Miller. El tiempo necesario para cargar/descargar la capacidad de Miller se denomina región de la meseta de Miller: empieza a circular corriente a través del IGBT/MOSFET mientras la tensión sigue disminuyendo o aumentando. La mayoría de las pérdidas de conmutación que caracteriza a los transistores de potencia se producen durante la conmutación a ON y OFF a causa de la meseta de Miller.
Aumentar la corriente de control cuando el transistor entra en la meseta de Miller puede acelerar la transición. La mayoría de los drivers de puerta no lo llevan a cabo, pero los que han sido diseñados teniendo en cuenta la meseta de Miller pueden ser efectivos para superar esta limitación.
El NCD57000/1 es un controlador de puerta de IGBTs de alta tensión con aislamiento interno que se basa en la tecnología de transformador sin núcleo totalmente integrado. La etapa de salida del NCD57000/1 se ha diseñado incorporando una etapa de almacenamiento interno (buffer) que eleva la corriente de control.
En concreto el buffer incrementa la corriente de salida en cuanto aumenta la tensión de control, y la diferencia de tensión entre la salida del controlador y la tensión de puerta se ve reducida.
La incorporación de este buffer interno permite que los MOSFETs que constituyen la etapa de salida del controlador de puerta se controlen con más intensidad, contribuyendo así a que la puerta del IGBT que se está manejando atraviese con más rapidez la meseta de Miller.
