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MP188xx絶縁型ゲートドライバシリーズを使用した電源システムの構築

 
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はじめに

電力は、5G通信、データセンター、太陽光発電インバータ、車載電源、充電パイル、LED制御システムには不可欠です。これらの電力システムでは、電力変換用のスイッチを効率的かつ確実に駆動するために、絶縁型ゲートドライバが必要になります。

絶縁型ゲートドライバ

絶縁型ゲートドライバは、チャージャが小さく、ゲート伝送が大きいという特徴があります。これらのドライバは、高出力、高電圧、絶縁安全、高速制御などのアプリケーションで広く使用されています。図1は、絶縁型ゲートドライバの一般的な電力システムアプリケーションを示しています。

図1 : 絶縁型ドライバの一般的な電力システムアプリケーション

アイソレータファミリには、通常、光電絶縁、トランス絶縁、および容量性絶縁デバイスが含まれます。特に、光電アイソレータは、長い相対伝送遅延、高いひずみ、低いチャネルマッチングを有します。

プロセスの発展および新しい電源デバイス (例えば、Si、IGBT、SiC、GaN等) の台頭にともない、スイッチング周波数および駆動電圧に対してさまざまな要求が存在します。個々のアプリケーションに最適なドライバを選択することが重要です。

MP188xxファミリ

MP188xxシリーズは、MP18831、MP18851、およびMP18871を含む高電圧絶縁ドライバです。これらのデバイスには、2つのイネーブルロジック (イネーブルとディスエーブル) と3つのパッケージオプションがあります。ナローボディまたはワイドボディのSOIC-16パッケージ (それぞれSOIC-16NBまたはSOIC-16WB)、またはLGA-13 (5mm x 5mm) パッケージです。表1は、MP18831、MP18851、MP18871の主な違いを示しています。

表1 : MP188x1の比較

PN 概要 特徴
MP18831 絶縁、デュアル入力、ハーフブリッジゲートドライバ オーバーラップ保護、調整可能なデッドタイム
MP18851 絶縁、独立したデュアルチャネルゲートドライバ オーバーラップ保護なし
MP18871 パルス幅変調 (PWM) 入力ハーフブリッジゲートドライバ オーバーラップ保護、調整可能なデッドタイム

MP18831

MP18831は、デュアル入力ゲートドライバを1つのパッケージに統合し、設定可能なデッドタイム機能を備えています。2つの入力が同時に高くなると、出力は低くなり、デバイス全体が保護されます。さらに、MP18831は、独自の容量ベースの絶縁テクノロジを使用することにより、最大4Aのソースおよびシンクピーク電流容量、最大5kVRMSの耐電圧を提供します。

図2は、MP18831の代表的なアプリケーション回路です。

図2 : MP18831の代表的なアプリケーション回路

図3にアクティブな力率改善 (PFC)、ハーフブリッジLLC、同期整流器からなる電源アプリケーションの例を示します。このシナリオでは、MP18831はハイサイド / ローサイドの絶縁型ゲートドライバとして機能します。

図3 : MP18331による電源アプリケーション例

MP18851

MP18851は、独立したデュアルチャネルゲートドライバ用ソリューションであり、どちらのチャネルに対しても高い出力を同時に達成できます。MP18851の広い一次側のVDDI電源の範囲により、ドライバは3.3Vまたは5Vのデジタルコントローラと連動することができます。二次側ドライバは30Vまでの供給に対応しています。

図4は、MP18851の代表的なアプリケーション回路です。

図4 : MP18851の代表的なアプリケーション回路

MP18871

絶縁型ハーフブリッジゲートドライバ内のMP18871です。入力端子はPWM信号で、最大0.5Aまたは4Aのソースとシンクのピーク電流容量を持っています。図5は、MP18871の代表的なアプリケーション回路です。

図5 : MP18871の代表的なアプリケーション回路

MP188xxファミリの利点

MP188xxシリーズは、高度な容量性絶縁技術と高速で高い信頼性をもつオンオフキーイング (OOK) 伝送技術を採用することにより、優れた絶縁と駆動性能を実現し、高い信頼性と幅広い互換性を実現しています。

従来のフォトカプラを使ったゲートドライバと比較して、MP188xxシリーズは、少ない遅延とパルス幅ひずみ、強力なコモンモード過渡耐性、長寿命、広い動作温度幅などの利点を持っています。

表2は、MP188xxシリーズのパラメータの比較です。

表2 : MP188xxシリーズのパラメータ

パラメータ MP18831、MP18851、MP18871
入力と出力の絶縁
  • SOIC-16 (ワイドボディ) パッケージ : 最大5kVRMSの絶縁電圧
  • SOIC-16 (ナローボディ) パッケージ : 最大3kVRMSの絶縁電圧
  • LGA-13 (5mm x 5mm) パッケージ : 最大2.5kVRMSの絶縁電圧
出力側での2チャンネルの機能絶縁
  • SOIC-16 (ナローボディ / ワイドボディ) パッケージ : 1500VDC
  • LGA-13 (5mm x 5mm) パッケージ : 700VDC
コモンモード過渡耐性 (CMTI) >100kV/µs、強力なアンチノイズ機能
入力電源 (VDDI) 範囲 2.8V～5.5V広い入力、TTL (トランジスタ-トランジスタロジック) およびCMOS (相補型金属酸化膜半導体) レベルに対応
出力電源 (VDDO) 範囲 最大30Vの供給電圧
出力低電圧誤動作防止機能 (ULVO) セクション 3V / 5V / 8V / 10V / 12V
駆動電流能力 4Aのソース / シンク最大電流出力
伝送遅延 50nsの代表的な伝播遅延
動作温度 -40°C～+125°C

MP188xxファミリにおける、その他の利点は、次のとおりです。

  • 少ない伝搬遅延とパルス幅ひずみをもつスイッチング素子の駆動が可能
  • シュートスルーを防止するオーバーラップ保護
  • 入力側でCMOSおよびTTLロジック入力をサポート
  • 最大駆動電流4Aを実現
  • さまざまな出力低電圧誤動作防止機能 (UVLO) 仕様オプションが利用可能
  • 100kV/sを超えるCMTIで各PWMの信頼できる伝送を実現

結論

本稿では、MP18831、MP18851、およびMP18871を含む一連の絶縁型ゲートドライバであるMP188xxファミリの特徴と利点について検討しました。絶縁型ゲートドライバは、電源システムにおけるスイッチの駆動にとって重要です。MPS絶縁製品の詳細については、カーボンニュートラルを促進するMPSの絶縁電源ソリューションに関する記事をお読みください。

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