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Renesas Electronics präsentiert Optokoppler mit höchster Schaltgeschwindigkeit und integrierter IGBT-Schutzfunktion zur Ansteuerung von IGBT-Gates

Von Renesas Electronics Europe

Neue Bausteine ermöglichen kompaktere Umrichter-Systeme für Applikationen in Industriemaschinen und Solaranlagen

Renesas Electronics stellt die beiden Optokoppler PS9332L und PS9332L2 mit einer integrierten IGBT-Schutzfunktion (Insulated Gate Bipolar Transistor) [Anmerkung 1] für den Einsatz in Anwendungen wie Industriemaschinen und Solaranlagen vor. Die neuen...

Düsseldorf, 31.01.2013 - Renesas Electronics stellt die beiden Optokoppler PS9332L und PS9332L2 mit einer integrierten IGBT-Schutzfunktion (Insulated Gate Bipolar Transistor) [Anmerkung 1] für den Einsatz in Anwendungen wie Industriemaschinen und Solaranlagen vor.

Die neuen Bausteine PS9332L und PS9332L2 enthalten eine integrierte, aktive Miller-Klemmschaltung [Anmerkung 2] zur Vermeidung von IGBT-Fehlfunktionen. Dank ihrer außerordentlich hohen Schaltgeschwindigkeit setzen die Bausteine Maßstäbe unter Optokopplern zur IGBT-Ansteuerung mit integrierter Schutzfunktion. Sie sind in einem kompakten 8-Pin SDIP-Gehäuse (Shrink Dual Inline Package) erhältlich und für Hochtemperaturbetrieb spezifiziert. Die Optokoppler kommen u. a. zur Gate-Ansteuerung von IGBT-Bausteinen in Umrichterschaltungen für Motorsteuerung zum Einsatz.

Beim Umgang mit relativ hohen Überspannungen ist es üblich, eine Schaltung, wie beispielsweise einen Inverter, mit isolierenden Vorrichtungen - wie z.B. Koppler - zu schützen. Ein Optokoppler besteht aus einer Lichtquelle (LED) auf der Eingangsseite, die ein elektrisches Signal in Licht umwandelt, und aus einer Fotodiode an der Ausgangsseite, das das Licht in ein elektrisches Signal transformiert. So sind Ein- und Ausgang elektrisch voneinander isoliert, weil das Signal dazwischen in Form von Licht übertragen wird. Zu den verschiedenen Arten von Optokopplern gehören Universal-Optokoppler mit Transistor-Ausgang für Anwendungen, wie z. B. Versorgungsspannungen, sowie Optokoppler zur Ansteuerung von IGBTs, die man für die Gate-Ansteuerung von IGBT-Bauteilen in Anwendungen wie Solaranlagen oder Universal-Umrichtern einsetzt.

PS9332L und PS9332L2 sind neue Optokoppler zur Ansteuerung von IGBTs und bestehen aus einer Gallium-Aluminum- Arsenid (GaAlAs) LED als Lichtquelle, einer Fotodiode, einem IC-Fotodetektor sowie einer IGBT-Schutzschaltung. Dank ihrem Design können die Bausteine das Gate eines IGBT-Bausteins ansteuern und zugleich mit einer integrierten Schutzfunktion (aktive Miller-Klemme) eine Beschädigung des IGBTs bei einer IGBT-Fehlfunktion verhindern. In einem herkömmlichen System muss diese Schutzfunktion über externe Bauteile implementiert werden, was zu einem komplexeren Systemdesign führt und eine Miniaturisierung erschwert. Die neuen Bausteine PS9332L und PS9332L2 lösen diese Herausforderung.

Die wichtigsten Merkmale der neuen Optokoppler PS9332L und PS9332L2:

1) On-Chip aktive Miller-Klemmschaltung verhindert IGBT-Fehlfunktionen

Beim Abschalten des an den Optokoppler angeschlossenen IGBTs kann der Stromfluss (Miller-Strom) zwischen Kollektor und Gate eine Spannung am Gate erzeugen, die eine Fehlfunktion verursacht. Die integrierte, aktive Miller-Klemmschaltung schließt die Gate-Ladung gegen Masse kurz und unterdrückt damit ein Ansteigen der Gate-Spannung, was die Fehlfunktion verhindert. Die Integration der Schutzschaltung in den Optokoppler vereinfacht das Systemdesign und ermöglicht einen kompakteren Aufbau des ganzen Systems.

2) Höchste Schaltgeschwindigkeit (20 Prozent schneller als die herkömmlichen Produkte von Renesas)

Der IC-Fotodetektor nutzt den BiCMOS-Prozess von Renesas und ermöglicht damit eine geringe parasitäre Kapazität [Anmerkung 3], eine kürzere Schaltverzögerung (tPHL, tPLH ? 200 ns, 20 Prozent geringer als bei vergleichbaren Vorgängerprodukten) und einen geringen Schaltstromverbrauch (Icc ? 2,5 mA). Dieses Design ermöglicht den Aufbau von noch genaueren Umrichtersteuerschaltungen mit zudem geringerem Stromverbrauch. Dank des niedrigeren Stromverbrauchs der Schaltung lässt sich auch die Stromversorgung für das System zur IGBT-Ansteuerung kompakter aufbauen.

3) Kompaktes 8-Pin SDIP-Gehäuse

Obwohl der Fotodetektor jetzt auch eine integrierte, aktive Miller-Klemmfunktion enthält, ist die Größe des Chips vergleichbar mit gleichwertigen Vorgängerprodukten und lässt sich damit in einem 8-Pin SDIP-Gehäuse unterbringen. Gegenüber einem 8-Pin DIP verringert dies die Montagefläche um 40 Prozent, so dass Kunden nun kompaktere Systeme aufbauen können.

Das Gehäuse ist in zwei Leadframe-Optionen lieferbar: PS9332L bietet eine Kriechstrom-Strecke von 7 mm am Gehäuserand, während PS9332L2 dafür 8 mm vorsieht.

4) Für Hochtemperaturbetrieb spezifiziert

Die im Baustein verwendeten Materialien wurden verbessert und ermöglichen jetzt einen Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen bis 125°C. Dies vereinfacht das thermische Design für Systeme in heißen Umgebungen.

Renesas ist davon überzeugt, dass die neuen Bausteine PS9332L und PS9332L2 die Entwicklung vereinfachen und Umrichter-Produkte mit kompakterem Aufbau für einen Markt ermöglichen, der künftig weiter wachsen wird. Renesas wird weiterhin seine Vertriebsmaßnahmen ausbauen und kontinuierlich neue Produkte für die Anforderungen seiner Kunden in den Bereichen Hochtemperaturbetrieb, hohe Schaltgeschwindigkeit und hohe Ausgangsströme entwickeln.

Die neuen Produkte können in Kombination mit einem IGBT von Renesas die Totzeit beim Schaltvorgang um ca. 10 Prozent (verglichen mit herkömmlichen Produkten von Renesas) verringern und die Leistungseffizienz verbessern. Darüber hinaus baut Renesas auch seinen Kundensupport für die Produktentwicklung mit Referenz-Boards für Bauteile wie Power Conditioner und Umrichter als Kit-Lösung mit MCUs weiter aus.

Anmerkung 1

Insulated-Gate Bipolar-Transistoren kommen in Anwendungen zum Einsatz, bei denen hohe Spannungen und hohe Ströme geschaltet werden müssen.

Anmerkung 2

Eine Schaltung, die den wirkungslosen Strom (Miller-Strom) absorbiert, der durch die parasitäre Kapazität zwischen dem Kollektor und dem Gate eines IGBTs entsteht.

Anmerkung 3

Unerwünschte kapazitäre Komponenten, die aufgrund des physikalischen Aufbaus im inneren des Chips entstehen; eine andere Bezeichnung dafür ist "Floating"-Kapazität.

Die wichtigsten Spezifikationen der Bausteine PS9332L und PS9332L2 sind auf einem separaten Datenblatt abrufbar.

Verfügbarkeit

Muster der neuen Bausteine PS9332L und PS9332L2 sind ab Februar 2013 erhältlich. Der Start der Serienfertigung für die Bausteine PS9332L und PS9332L2 ist voraussichtlich für den Zeitraum Juni 2013 geplant und wird voraussichtlich im Oktober 2013 eine monatliche Kapazität von 1 Million Einheiten erreichen. (Änderungen bzgl. Verfügbarkeit ohne gesonderte Benachrichtigung vorbehalten.)

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