Utiliser des circuits d'attaque de grille simples et doubles pour un meilleur isolement dans les applications critiques

Il existe de nombreuses applications critiques pour lesquelles les données et l'alimentation doivent être transférées depuis des circuits haute tension vers des circuits basse tension. C'est le cas, par exemple, pour les entraînements moteurs, les data centers, l'automatisation industrielle et les équipements d'infrastructure réseau tels que les onduleurs solaires. Si les concepteurs recherchent des tensions et des courants fiables et régulés, ainsi qu'un transfert de données rapide et haute intégrité, ils ne veulent pas pour autant que des transitoires haute tension incontrôlés affectent leurs systèmes coûteux. Les tensions provoquées par la foudre peuvent facilement endommager les puces sensibles et corrompre les flux de données. De plus, ces transitoires peuvent présenter un danger pour le personnel de maintenance.

La protection contre les transitoires se présente sous la forme d'un isolement. L'isolement garantit que deux sous-circuits du système global sont séparés électriquement, sans chemin ohmique ou galvanique entre eux (résistance infinie) ; cependant, le signal, l'alimentation ou les deux peuvent toujours passer entre ces sous-circuits.

Il existe plusieurs méthodes pour obtenir un isolement sûr, les techniques traditionnelles impliquant l'utilisation de transformateurs d'isolement et de photocoupleurs. Cependant, dans les applications où des caractéristiques telles que l'immunité transitoire en mode commun (CMTI), la netteté des formes d'onde, le format compact, l'intégration fonctionnelle, la vitesse de commutation élevée, le faible coût, la simplicité, la fiabilité et la longue durée de vie sont des priorités, les circuits d'attaque de grille constituent une solution éprouvée.

Circuits d'attaque de grille pour applications d'isolement hautes performances

Les circuits intégrés d'attaque de grille isolés (Figure 1) permettent de contrôler des facteurs tels que le niveau d'isolement, le temps de propagation, l'inductance de fuite parasite, la capacité entrée-sortie parasite, l'immunité transitoire en mode commun, la taille et l'épaisseur des composants, la disposition des circuits imprimés et l'intégration de fonctions de protection telles que le verrouillage en cas de sous-tension (UVLO). L'optimisation de chacune de ces caractéristiques permet à l'ingénieur d'adapter précisément les performances du circuit d'attaque de grille à l'application concernée.

Figure 1 : Schéma d'un circuit d'attaque de grille à un canal typique avec isolement CMOS et protection UVLO. (Source de l'image : Skyworks Solutions)

Skyworks Solutions propose un vaste choix de circuits intégrés d'attaque de grille isolés avec des entrées CMOS de 3 V à 20 V et une attaque de grille jusqu'à 30 V. Ils sont disponibles en différentes configurations de 1 A, 4 A et 6 A, dont les modèles Si82Ax, Si82Bx, Si82Cx, Si82Dx, Si82Ex et Si82Fx (Figure 2). Leurs caractéristiques incluent un isolement jusqu'à 6 kV_rms, une valeur CMTI de 200 kV/µs, un temps de propagation inférieur à 45 ns et la prise en charge des technologies GaN, IGBT, SiC et MOSFET.

Figure 2 : Les circuits d'attaque de grille à un et deux canaux Si82Ax-Fx prennent en charge des sorties de 1 A, 4 A et 6 A. (Source de l'image : Skyworks Solutions)

La sortie en mode tension des dispositifs permet d'optimiser les performances de commutation, tandis que diverses options UVLO et une protection contre le chevauchement d'entrée garantissent un fonctionnement sûr. Des options de suppression des pointes de conversion, des configurations à un canal avec sortie combinée ou divisée, un blocage Miller intégré et diverses options UVLO adaptées au type de commutateur de puissance commandé sont inclus.

Les dispositifs Si82Ax et Si82Dx sont destinés aux applications de commande moteur et de puissance, tandis que les dispositifs Si82Bx et Si82Ex répondent aux exigences de commande des commutateurs de puissance. Les versions hautes performances Si82Cx et Si82Fx pour la commande de commutateurs de puissance utilisent l'architecture en mode courant SelVCD (Selectable Variable Current Drive) de Skyworks et sont qualifiées automobiles. L'architecture SelVCD fonctionne comme une source de courant, maintenant une sortie dans une tolérance étroite de la cible dans toutes les conditions de fonctionnement.

Démarrer avec les circuits d'attaque de grille isolés

Les concepteurs disposent d'un large éventail d'options au sein de chaque gamme pour répondre à leurs besoins spécifiques. Par exemple, le SI82A30BCC-IS de la gamme Si82Ax est un dispositif à un canal de 3,75 kV et 1 A, idéal pour commander des IGBT et des MOSFET de puissance dans des applications telles que les alimentations à découpage et la commande moteur. Il est disponible en configurations à sortie simple ou divisée (Figure 3).

Figure 3 : Le SI82A30BCC-IS est un dispositif à un canal idéal pour commander des IGBT et des MOSFET de puissance. Il est disponible en configurations à sortie simple ou divisée (illustrée). (Source de l'image : Skyworks Solutions)

Le SI82F29AGC-IS1 de la série Si82Fx est un dispositif à deux canaux de 3,75 kV, conçu pour les architectures de commutation MOSFET, IGBT, SiC et GaN, avec des entrées de commande doubles (Figure 4, à gauche) ou simples (Figure 4, à droite). La technologie SelVCD sur l'étage de sortie ajuste le courant de sortie entre huit niveaux sélectionnables, éliminant ainsi le besoin de résistances de grille et bloquant tous les courants à effet Miller.

Figure 4 : Le SI82F29AGC-IS1 est un circuit d'attaque de grille à deux canaux pour les architectures de commutation MOSFET, IGBT, SiC et GaN, avec entrées de commande doubles (à gauche) ou simples (à droite). (Source de l'image : Skyworks)

Skyworks propose également le kit d'évaluation pratique SI82F39ABC-KIT (Figure 5) pour sa série Si82Fx. Le Si82Fx est au cœur du kit, et les fonctionnalités et composants périphériques permettent à l'ingénieur de tester les capacités de commutation, de protection et d'isolement de la puce.

Figure 5 : Le kit d'évaluation SI82F39ABC-KIT permet aux concepteurs de tester les capacités de commutation, de protection et d'isolement de la série Si82Fx. (Source de l'image : Skyworks Solutions)

Conclusion

L'isolement entre une alimentation haute tension et des circuits opérationnels basse tension est essentiel pour protéger les systèmes et les utilisateurs dans les applications critiques telles que les data centers, l'automatisation industrielle, et les technologies médicales et automobiles. Les circuits d'attaque de grille Si82Ax-Fx offrent aux concepteurs les performances d'isolement exceptionnelles, les sorties sinusoïdales propres, la flexibilité et la fiabilité dont ces systèmes ont besoin pour fonctionner efficacement à toutes les fréquences.