インバーター応用での過電流保護を容易にするゲートドライバー
プリドライバーTLP5231は、産業用インバーターや太陽光発電用パワーコンディショナーなど向けに、過電流検出機能やソフトターンオフ機能を内蔵した中大電流IGBT/MOSFETの駆動用フォトカプラーです。中大電流IGBTのコレクター電圧あるいはMOSFETのドレイン電圧をモニターするDESAT短絡検出で過電流保護を提供します。この機能により過電流を検出しIGBT/MOSFETゲート電圧をソフトターンオフさせます。このソフトターンオフにより、パワー素子のハイサイド／ローサイド貫通短絡による致命的な過電流を防ぎます。
さらに、従来のIGBT／MOSFET駆動用フォトカプラーではUVLO[注１]検出時には動作停止するだけでしたが、このTLP5231ではUVLO検出時にも１次側にフォルト信号を出力することで、従来製品よりもプリドライバーとしての設計を容易にします。
また、TLP5231は、pチャネルおよび nチャネルのコンプリメンタリーMOSFETバッファー(増幅用)を介して中大電流IGBTおよびMOSFETのゲートを駆動するため、バッファーMOSFETゲートの充放電時のみ電流を流し低消費電力化が図れます。また、外付けのコンプリメンタリーMOSFETバッファーのサイズを変えるだけで、さまざまなIGBT/MOSFETで必要なゲート電流を作ることが可能です。TLP5231とMOSFETバッファー、IGBT/MOSFETを組み合わせたプラットフォームにすることで、システムのパワーサイズに応じたラインアップをカバーできるため設計負荷の軽減に貢献します。
[注１] UVLO : 低電圧ロックアウト
応用機器
- IGBT / パワーMOSFETゲートドライバー (プリドライバー)
- AC / ブラシレスDCモーター制御
- 産業インバーター / 無停電電源 (UPS)
- 太陽光発電用パワーコンディショナー
製品の主な特⻑
1. デッドタイム設計の負荷軽減
- pチャネル、nチャネルコンプリメンタリ－バッファーMOSFETの駆動に適したアクティブタイミング制御内蔵デュアル出力。
- バッファーMOSFETのデッドタイム設計が格段に容易になりスイッチング損失軽減を支援。
2. ソフトターンオフ設計の柔軟性向上
- 過電流発生時のゲートソフトターンオフ時間を外部回路構成で制御可能。
- ソフトターンオフ用MOSFETを独立した外付けにしたことで通常オフ動作からも独立させ、通常オフ動作のスピード低下懸念を払しょく。
3. フォルト信号オートリセット
- コレクター電圧モニターによる過電流検出時とUVLO検知時に１次側へフォルト信号を出力。
- コントローラーからのリセット信号配線が不要。
1. デッドタイム設計の負荷軽減
TLP5231はMOSFETバッファーQ1、Q2制御用に2本の出力ラインを持ち、Q1、Q2それぞれのON／OFF信号に時間差（非オーバーラップ時間）を設けることで、Q1、Q2が共にOFF状態になるデッドタイムを確保しています。バイポーラートランジスターでのバッファー構成で困難であったデッドタイム設計を不要とし、同時オン発生でのスイッチングロスを防ぎます。
2. ソフトターンオフ設計の柔軟性向上
TLP5231は異常が発生した場合のソフトターンオフ用に追加のMOSFETが必要です。このソフトターンオフ用MOSFETはバッファーMOSFETQ2と配線(ライン)を共有しないので、通常のオフ動作とのトレードオフを気にせずフレキシブルに設計出来ます。
3. フォルト信号オートリセット
高電圧を制御するパワーデバイスのゲート回路はノイズが非常に多く、DESATモニターの誤検知も少なくありません。異常による過電流とノイズ誤検知を切り分けるため、一例としてフォルト信号を複数回検知した場合にシステムを止める方法があります。この場合、異常停止からのリカバリーがオートリセットタイプであれば、フォルト信号に対し毎回MCUからリセット信号を出す必要はありません。特定回数のフォルト信号をカウントしたらシステムを停止すればよいので動作を簡潔にします。結果、システム運用の安定性が向上します。
応用回路例
Ext-PMOS : pチャネルMOSFET (電流バッファー用)
Ext-NMOS : nチャネルMOSFET (電流バッファー用)
GMOS : nチャネルMOSFET (ソフトターンオフ制御用)
注: この応⽤回路例は参考例であり、量産設計に際しては⼗分な評価を⾏ってください。また、⼯業所有権の使⽤の許諾を⾏うものではありません。
内部回路構成図
新製品の主な仕様
(特に指定のない限り、@Ta=-40～110 °C)
品番 |
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|---|---|---|
絶対最大定格 |
ピークハイレベル出力電流 IOPH (A) |
-2.5 |
ピークローレベル出力電流 IOPL (A) |
+2.5 |
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電気的特性 |
VOUTP端子ハイレベル出力電流 IOUTPH max (A) |
-1.0 |
VOUTP端子ローレベル出力電流 IOUTPL min (A) |
1.0 |
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VOUTN端子ハイレベル出力電流 IOUTNH max (A) |
-1.0 |
|
VOUTN端子ローレベル出力電流 IOUTNL min (A) |
1.0 |
|
ハイレベル供給電流(VCC2) ICC2H max (mA) |
10.2 |
|
ローレベル供給電流(VCC2) ICC2L max (mA) |
10.2 |
|
ハイレベル供給電流(VEE) IEEH min (mA) |
-9.2 |
|
ローレベル供給電流(VEE) IEEL min (mA) |
-9.2 |
|
スレッショルド入力電流(H/L) IFHL max (mA) |
3.5 |
|
推奨動作条件 |
トータル出力電源電圧 (VCC2-VEE) (V) |
21.5~30 |
出力負電源電圧 (VE-VEE) (V) |
-15~-6.5 |
|
出力正電源電圧 (VCC2-VE) (V) |
15~23.5 |
|
スイッチング特性 |
伝搬遅延時間(L/H) tpLH (ns) |
100~300 |
伝搬遅延時間(H/L) tpHL (ns) |
100~300 |
|
伝搬遅延スキュー tpsk (ns) |
-200~200 |
|
ハイレベルコモンモード過渡耐性 CMH min (kV/µs) |
±25 |
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ローレベルコモンモード過渡耐性 CML min (kV/µs) |
±25 |
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保護機能 |
フィードバック (FAULT): VCE(sat)検出時、UVLO検出時に動作 (オープンコレクター出力) |
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絶縁特性 |
絶縁耐圧 BVS min (Vrms) |
5000 |
構造パラメーター |
空間距離 min (mm) |
8.0 |
沿面距離 min (mm) |
8.0 |
|
絶縁物厚 min (mm) |
0.4 |
|
[注] VE基準
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