SCALE-2 ASIC チップセット

SCALE-2 チップセット - IGBT 及びパワー MOSFET ゲートドライバの CONCEPT の次世代テクノロジー - は、150 ～ 3600A、600 ～ 6500V の範囲の IGBT とそのアプリケーション向けに最適化されていますが、アプリケーション固有の設計に対しても対応できる構成も取りそろえています。ASIC は自動車部品認定を受けた BiCMOS ウェーハ処理ラインで製造されているため、高い信頼性を確実に備えています
先進的なアナログ性能と縮小されたデジタル機能サイズを組み合わせることで、価格及び性能を最適化します。

CONCEPT 独自の SCALE ドライバは世界中で広く使用されており、幅広いアプリケーションに対応しています。高集積 SCALE-2 ゲートドライバチップセットは、必要なすべての機能を内蔵し、最大 60A ゲート電流/20W 以上のゲート電力に対応しています。プレドライバステージは主に、独立したターンオン/オフの制御に対応する個別のゲート抵抗を使用することで、外部 n タイプ DMOS素子のダイレクトドライブに対して最適な性能を発揮するように設計されています。
SCALE-2 技術は、二次側インテリジェントゲートドライバ (IGD) ASIC 及び一次側デュアルチャンネル Logic-to-Driver Interface (LDI) ASIC などの新しい機能を追加します。

ASIC:インテリジェントゲートドライバ (IGD)
プロトタイプゲートドライバ ASIC の詳細図を図に示します。様々な半導体を使用して、双方向信号トランスや光ファイバインターフェースのオプションなど、各種標準製品の特定の機能を制御します。ASIC はセミカスタムアレイも搭載しているため、さらにカスタマイズがしやすくなっています。単一のプログラミング金属マスクを通じて、高度な制御オプションを実現できます。セミカスタムアレイには、アナログコンパレータ、論理ゲート、基本的なデバイスやパッドなど、事前に設定されたセルが搭載されます。

IGD ASIC は、カスタム固有のゲートエミッタ電圧を設定するオプションで "V 字型" ピン (図 3 を参照) でエミッタ電位を調整することにより、ターンオンとオン時に対し、要求仕様に応じた +15V ゲートエミッタ電圧を供給します。

ASIC は、ターンオフ時の IGBT のコレクターエミッタ電圧の上昇率 [1] 及びクランプレベル [2] 双方の閉ループ制御を実現するための回路を組み込んでいます。そのため、アクティブクランププロセスの応答の高速化、ターンオフスイッチング損失の軽減、及び短絡ターンオフ機能の強化を達成できます。

ASIC:論理/ドライバインターフェース(LDI)
論理/ドライバインターフェース ASIC の詳細を図 2 に示します。ASIC は、デュアルチャンネル双方向トランスインターフェース、種々なサイズに対応し、専用起動シーケンスを持った各種 DC/DC コンバータ、及び故障管理機能を実装しています。

CONCEPT の SCALE-2 IGBT ドライバは ASIC 技術及び独自のトランス設計を組み合わせることで、その製品全体で UL 認定を受けています。

双方向トランスインターフェースは、最小のコマンドディレーを達成するために、コマンド及び異常信号双方を短いシングルパルスで伝送します。信号衝突が発生した場合、パルス期間が長いため、障害信号がコマンド信号、及び dv/dt 誘導雑音電流の両方に優先します。非同期障害転送方法では、並列接続された IGBT またはマルチレベルのコンバータトポロジの特別なタイミング条件もコントロールできます。これは、異常状態が一次側で 1 マイクロ秒もしないうちに明らかになるためです。関連する IGBT がターンオフする前に、要求される異常管理モードによって異常の発生が報告されます。シャットダウンする前の待機時間は、IGD ASIC 内で調整できます。トランスを使ったドライバの場合 (図 3 を参照)、80 ナノ秒以下の待機時間及び ±1 ナノ秒のジッターを達成できます。

動作モード
ダイレクトモードでは、両方のドライバチャンネルをそれぞれ個別に駆動できます。このモードは、最高レベルの柔軟性をお客様に提供するので、高度なマイクロコントローラ支援システムに最適です。ハーフブリッジモードの場合、ASIC は共通のコマンド信号として 1 つの入力のみを使用し、2 つの (非反転及び反転) 出力を作ります。このモードとデッドタイムは、特定の用途のニーズに応じて、抵抗一つで調整可能です。3 番目のモードは、お客様の要望により、インターロックまたは相互排除のどちらかに事前設定します。

故障管理
一次側では、障害状態はブロッキング時間によって延長される可能性があります。この期間中、関連チャンネルはオフの状態に維持されます。この期間は、一本の抵抗により調整可能で、最小 10μs にも設定できます。

システムインテグレーション
CONCEPT 独自の SCALE-2 チップセットは、次世代の IGBT ドライバシリーズを実装するための中��的な技術となります。先進的アクティブクランプ機能を備えた最大 6500V の高電圧 IGBT モジュールに対応するプラグアンドプレイ IGBT ドライバの概略回路図を図 4 に示します。このドライバは、ゲートドライバ及び DC/DC コンバータの出力部の両方に対し、外部 n タイプ DMOS素子を使用することで、40A、6W のゲートレベルを達成します。全体的な部品点数は、以前の SCALE ドライバチップセットに比べて 60% 以上減り、従来のディスクリート設計と比べるとさらに大幅に削減されます。