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Leistungselektronik

Neuer Ansatz für funktional sichere Gate-Treiber

7. Juli 2014, 17:12 Uhr | André Mourrier

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Unabhängigkeit der Gate-Treiber gewährleisten

Das Erkennen und das Informieren des Mikrocontrollers sind unumgänglich, aber es reicht nicht aus, um eine Fortführung des Betriebs im Falle der Fehlerinjektion in den Wechselrichter zu gewährleisten (Bild 1). Ein MOSFET-Fehler, während das Gate die meiste Zeit mit Drain oder Source verbunden ist, führt zu einer Zerstörung des Gate-Treibers an der Ausgangsstufe. Wie kann also die Unabhängigkeit aller Gate-Ausgangsstufen sichergestellt werden, um einen ununterbrochenen Systembetrieb zu garantieren, wo sie doch auf demselben Stück Silizium auf einer Fläche von einigen zehn mm² implementiert sind und von derselben Stromversorgung (Ladungspumpe) mit Energie versorgt werden? Die Antwort auf diese Frage ist komplex und gewiss nicht gewinnbringend, wie etwa die Mehrfach-Implementierung des Silizium-Chips oder eine Redundanz der Ladungspumpe. Der AUIR3235 gewährleistet die Unabhängigkeit jedes Gate-Treibers, was International Rectifier an einem vollständigen Demo-Board in einem realen Anwendungsfall verdeutlicht.

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Weil die meisten Sicherheits-Applikationen MOSFETs mit einem niedrigen RDSon zur Ansteuerung ihres Aktuators verwenden, aber auch weil der Maximalwert des RDSon vom einen zum anderen MOSFET variiert, ist es schwierig, den MOSFET sowie das gesamte Modul durch eine einfache Messung ihrer Drain-Source-Spannung unter allen Bedingungen in vollem Umfang zu schützen. Werden lediglich die RDSon-Schwankungen von einem MOSFET zum anderen in die Betrachtung mit einbezogen, kann der Stromerkennungspegel um einen Faktor 2 variieren. Sollten deshalb die Steckverbinder und Drähte um einen Faktor 2 überdimensioniert werden? Nein, das ist wirtschaftlich nicht tragbar. Der AUIR3235 enthält drei Eingangs-Komparatoren mit programmierbaren Schwellwerten und einer einstellbaren Filterzeit. Bei einer Verbindung der Stromrückmeldung (Ablesewert der Shunt-Messung) mit diesen Eingängen kann der AUIR3235 einen Kurzschlusspegel und sogar einen Überlastpegel genau erkennen (Bild 2).