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Isolierte Gate-Treiber

Tore öffnen – aber wie?

30. Mai 2018, 09:00 Uhr   |  Von Sanket Sapre


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Rauschimmunität

Gate-Treiber werden in industriellen Umgebungen eingesetzt, wo naturgemäß viele Rauschquellen vorhanden sind. Rauschen kann Daten beschädigen und die Zuverlässigkeit eines Systems beeinträchtigen, was zu einer verminderten Leistungsfähigkeit führt. Daher müssen Gate-Treiber zum Erhalt der Datenintegrität eine gute Rauschimmunität aufweisen.

Die Rauschimmunität sagt aus, wie gut ein Treiber elektromagnetische Störungen (EMI) oder HF-Rauschen und Gleichtakttransienten unterdrückt. Unter EMI fällt jedes elektrische Rauschen und jede magnetische Interferenz, die die erwartete Funktion eines elektronischen Bauteils stört.

Elektromagnetische Störungen, die Gate-Treiber betreffen, resultieren aus Schaltern, die mit hohen Frequenzen arbeiten und werden hauptsächlich von den Magnetfeldern großer Industriemotoren erzeugt. EMI können abgestrahlt oder abgeleitet werden und in benachbarte Schaltkreise einkoppeln.

Daher ist Immunität gegenüber EMI oder HF-Immunität eine Angabe, die sich auf die Fähigkeit eines Gate-Treibers bezieht, elektromagnetische Interferenzen zurückzuweisen und einen robusten Betrieb ohne Fehler aufrecht zu erhalten. Gegenüber EMI immune Treiber können in unmittelbarer Nähe zu großen Motoren verwendet werden, ohne dass Fehler bei der Datenübertragung entstehen.

Bild 6 zeigt, dass von der Isolationsstrecke eine hohe Isolationsspannung gegen unterschiedliche Massepoten¬ziale erwartet wird. Durch hochfrequentes Schalten entstehen jedoch kurze Flanken für Spannungsübergänge auf der Sekundärseite. Diese schnellen Transienten werden aufgrund von parasitären Kapazitäten in der Isolationsstrecke von einer zur anderen Seite eingekoppelt, wodurch Datenfehler entstehen können.

Das kann so aussehen, dass Jitter im Gate-Treibersignal entsteht oder das Signal invertiert wird, was zu einer geringen Effizienz oder in manchen Fällen sogar zum Shoot-Through führen kann. Eine wichtige Kenngröße für Gate-Treiber ist die Gleichtakt-Transientenimmunität (CMTI), die ein Maß dafür ist, wie gut ein isolierter Gate-Treiber große Gleichtakttransienten zwischen Ein- und Ausgang unterdrücken kann.

Bei einem System mit hohen Anstiegsgeschwindigkeiten muss der Treiber eine hohe Immunität aufweisen. Somit sind CMTI-Werte besonders von Bedeutung, wenn in einem System mit hohen Frequenzen und hohen BUS-Spannungen gearbeitet wird.

Spezifikationen isolierter Gate-Treiber

Der Artikel versteht sich als eine Einführung in das Thema Gate-Treiber. Daher stellen die erläuterten Parameter keine vollständige Liste in Bezug auf die Spezifikationen von isolierten Gate-Treibern dar. Es gibt weitere Treiber-Merkmale, wie zum Beispiel Versorgungsspannung, zulässige Temperatur oder Pinout, die wie bei allen Elektronikbauteilen als allgemeine Kriterien gelten.

Manche Treiber, zum Beispiel die Modelle ADuM4135 und ADuM4136, enthalten auch Schutzfunktionen oder verbesserte Mess- oder Steuermechanismen. Wegen der Vielfalt an isolierten Gate-Treibern, die auf dem Markt angeboten werden, müssen Systementwickler alle diese Spezifikationen und Leistungsmerkmale verstehen, um für den Einsatz geeigneter Treiber in den jeweiligen Anwendungen eine fundierte Entscheidung treffen zu können.

 

Literatur

[1] Analog Devices Inc., ADuM4120-Datenblatt, http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM4120-4120-1.pdf
[2] Analog Devices Inc., ADuM4121-Datenblatt, http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM4121_4121-1.pdf

Der Autor

Sanket-Sapre von Analog-Devices
© Analog Devices

Sanket-Sapre von Analog-Devices.

Sanket Sapre

ist Applikationsingenieur bei Analog Devices im Bereich Schnittstellen- und Isolations-Technik. Er beschäftigt sich unter anderem mit Gate-Treibern auf Basis der iCoupler-Technik. Sapre absolvierte ein Bachelor-Studium in Elektrotechnik an der Universität Mumbai und ein Master-Studium in Elektrotechnik an der Universität
Colorado Boulder.

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1. Tore öffnen – aber wie?
2. Timing
3. Rauschimmunität

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