गेट चालक
गेट ड्राइवर एक शक्ति प्रवर्धक है जो कंट्रोलर एकीकृत परिपथ से अल्प-शक्ति इनपुट स्वीकार करता है और एक उच्च-शक्ति ट्रांजिस्टर जैसे आईजीबीटी या पावर मॉसफेट के गेट के लिए एक उच्च-धारा ड्राइव इनपुट उत्पन्न करता है। गेट ड्राइवरों को ऑन-चिप या असतत मॉड्यूल के रूप में प्रदान किया जा सकता है। संक्षेप में, गेट ड्राइवर में प्रवर्धक के साथ संयोजन में एक तुलनित्र स्तर विस्थापक (स्तर शिफ्टर) होता है। गेट ड्राइवर आईसी कंट्रोल सिग्नल (डिजिटल या एनालॉग कंट्रोलर) और पावर स्विच (IGBTs, MOSFETs, SiC MOSFETs, और गैलियम नाइट्राइड उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता ट्रांजिस्टर) के बीच इंटरफेस के रूप में कार्य करता है। एक एकीकृत गेट-ड्राइवर समाधान डिजाइन की जटिलता, विकास के समय, सामग्रियों के बिल (बीओएम) और बोर्ड स्पेस को कम करता है जबकि विवेकपूर्ण रूप से कार्यान्वित गेट-ड्राइव समाधानों पर विश्वसनीयता में सुधार करता है।[1]
इतिहास
1989 में, अंतर्राष्ट्रीय सुधारक इंटरनेशनल रेक्टिफायर (IR) ने पहला अखंड एचवीआईसी गेट ड्राइवर उत्पाद पेश किया, हाई-वोल्टेज इंटीग्रेटेड सर्किट (एचवीआईसी) तकनीक 700 V से ऊपर के ब्रेकडाउन वोल्टेज वाले द्विध्रुवी, सीएमओएस और पार्श्व डीएमओएस उपकरणों को एकीकृत करने वाली पेटेंट और सांपत्तिक मोनोलिथिक संरचनाओं का उपयोग करती है 700 V और 1400 V 600 V और 1200 V के ऑपरेटिंग ऑफ़सेट वोल्टेज के लिए उपयोग करती है।[2]
इस मिश्रित-सिग्नल एचवीआईसी तकनीक का उपयोग करके, हाई-वोल्टेज स्तर-विस्थापन परिपथ और लो-वोल्टेज एनालॉग और डिजिटल सर्किट दोनों को लागू किया जा सकता है। हाई-वोल्टेज सर्किट्री (पॉलीसिलिकॉन रिंग्स द्वारा गठित 'वेल' में) रखने की क्षमता के साथ, जो 600 V या 1200 V को 'फ्लोट' कर सकता है, उसी सिलिकॉन पर बाकी लो-वोल्टेज सर्किट्री से दूर, हाई-साइड पॉवर MOSFETs या आईजीबीटी कई लोकप्रिय ऑफ-लाइन सर्किट टोपोलॉजी जैसे बक, सिंक्रोनस बूस्ट, हाफ-ब्रिज, फुल-ब्रिज और थ्री-फेज में मौजूद हैं। फ़्लोटिंग स्विच वाले एचवीआईसी गेट ड्राइवर उच्च-पक्ष, आधा-पुल और तीन-चरण कॉन्फ़िगरेशन की आवश्यकता वाले टोपोलॉजी के लिए उपयुक्त हैं।[3]
उद्देश्य
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के विपरीत, MOSFETs को निरंतर बिजली इनपुट की आवश्यकता नहीं होती है, जब तक कि उन्हें ऑन या बंद नहीं किया जा रहा हो। MOSFET का पृथक गेट-इलेक्ट्रोड एकसंधारित्र (गेट संधारित्र) बनाता है, जिसे हर बार MOSFET के ऑन या ऑफ होने पर चार्ज या डिस्चार्ज किया जाना चाहिए। चूंकि एक ट्रांजिस्टर को स्विच ऑन करने के लिए एक विशेष गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है, ट्रांजिस्टर को ऑन करने के लिए गेट संधारित्र को कम से कम आवश्यक गेट वोल्टेज से चार्ज किया जाना चाहिए। इसी प्रकार, ट्रांजिस्टर को बंद करने के लिए, इस चार्ज को समाप्त किया जाना चाहिए, अर्थात गेट कैपेसिटर को डिस्चार्ज किया जाना चाहिए।
जब एक ट्रांजिस्टर को ऑन या बंद किया जाता है, तो यह तुरंत एक गैर-संवाहक से एक संचालन अवस्था में नहीं जाता है; और क्षणिक रूप से उच्च वोल्टेज दोनों का समर्थन कर सकता है और उच्च धारा का संचालन कर सकता है। नतीजतन, जब एक ट्रांजिस्टर पर स्विच करने के लिए गेट धारा लगाया जाता है, तो एक निश्चित मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है, जो कुछ मामलों में ट्रांजिस्टर को नष्ट करने के लिए पर्याप्त हो सकती है। इसलिए, स्विचिंग समय को यथासंभव कम रखना आवश्यक है, ताकि कम से कम किया जा सके स्विचिंग लॉस. विशिष्ट स्विचिंग समय माइक्रोसेकंड की सीमा में होते हैं। एक ट्रांजिस्टर का स्विचिंग समय गेट को चार्ज करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विद्युत प्रवाह की मात्रा के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए, कई सौ मिलीमीटर की सीमा में या यहां तक कि एम्पीयर की सीमा में स्विचिंग धाराओं की आवश्यकता होती है। लगभग 10-15V के विशिष्ट गेट वोल्टेज के लिए, स्विच को चलाने के लिए कई वाट बिजली की आवश्यकता हो सकती है। जब बड़ी धाराओं को उच्च आवृत्तियों पर स्विच किया जाता है, उदा। डीसी-टू-डीसी कनवर्टर या बड़े विद्युत मोटर्स में, कई ट्रांजिस्टर समानांतर में प्रदान किए जाते हैं, ताकि पर्याप्त उच्च स्विचिंग धारा और स्विचिंग शक्ति प्रदान की जा सके।
एक ट्रांजिस्टर के लिए स्विचिंग सिग्नल सामान्यतः एक लॉजिक सर्किट या एक सूक्ष्म नियंत्रक (माइक्रोकंट्रोलर) द्वारा उत्पन्न होता है, जो एक आउटपुट सिग्नल प्रदान करता है जो सामान्यतः धारा के कुछ मिलीमीटर तक सीमित होता है। नतीजतन, एक ट्रांजिस्टर जो सीधे इस तरह के एक संकेत द्वारा संचालित होता है, बहुत धीरे-धीरे स्विच करेगा, इसी तरह उच्च शक्ति हानि के साथ। स्विचिंग के दौरान, ट्रांजिस्टर का गेट संधारित्र इतनी तेज़ी से धारा खींच सकता है कि यह लॉजिक सर्किट या सूक्ष्म नियंत्रक में धारा ओवरड्रॉ का कारण बनता है, जिससे अधितापन (ओवरहीटिंग) होती है जिससे चिप को स्थायी नुकसान या पूर्ण विनाश भी होता है। ऐसा होने से रोकने के लिए, सूक्ष्म नियंत्रक आउटपुट सिग्नल और पावर ट्रांजिस्टर के बीच एक गेट ड्राइवर प्रदान किया जाता है।
हाई साइड n-चैनल पावर MOSFETs और IGBTs को गेट ड्राइविंग के लिए हाई साइड ड्राइवरों में चार्ज पंप का उपयोग प्रायः H-Bridges में किया जाता है। इन उपकरणों का उपयोग उनके अच्छे प्रदर्शन के कारण किया जाता है, लेकिन पावर रेल से कुछ वोल्ट ऊपर गेट ड्राइव वोल्टेज की आवश्यकता होती है। जब एक आधे पुल का केंद्र कम हो जाता है तो संधारित्र को एक डायोड के माध्यम से चार्ज किया जाता है, और इस चार्ज का उपयोग बाद में उच्च पक्ष एफईटी (FET) गेट के गेट को स्रोत या एमिटर पिन के वोल्टेज से कुछ वोल्ट ऊपर चलाने के लिए किया जाता है ताकि इसे ऑन किया जा सके। यह रणनीति अच्छी तरह से काम करती है बशर्ते पुल नियमित रूप से स्विच किया जाता है और एक अलग बिजली आपूर्ति चलाने की जटिलता से बचाता है और अधिक कुशल n-चैनल उपकरणों को उच्च और निम्न स्विच दोनों के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।
संदर्भ
- ↑ https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Selection_Guide_Gate_Driver_ICs-SG-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46250cc1fdf015110069cb90f49[bare URL PDF]
- ↑ "Gate Driver ICs - Infineon Technologies".
- ↑ https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Selection_Guide_Gate_Driver_ICs-SG-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46250cc1fdf015110069cb90f49[bare URL PDF]
