Circuito de arranque para el controlador MOSFET de lado alto

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Estoy muy familiarizado con la operación de los controladores bootstrap en los IC de controlador MOSFET para cambiar un MOSFET de canal N alto. La operación básica se cubre exhaustivamente en este sitio y en otros.

Lo que no entiendo es el propio circuito del controlador del lado alto. Dado que un buen conductor empuja y extrae grandes cantidades de corriente, tiene sentido que exista otro par de transistores dentro del IC para impulsar el pin VH alto o bajo. Varias hojas de datos que he visto parecen indicar que usan un par de canal P / canal N (o PNP / NPN). Retirando la construcción del chip IC, me imagino que el circuito se verá así:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Parece que acabamos de introducir un problema de recursión. Suponiendo que el nodo marcado como "flotante" puede ser un voltaje arbitrariamente alto, ¿cómo se controlan M3 y M4 que no necesitan otro controlador para conducir el controlador? ( y así sucesivamente )? Esto también es asumiendo que el controlador del lado alto está finalmente controlado por una señal de nivel lógico de algún tipo.

En otras palabras, dada una tensión flotante arbitrariamente alta, ¿cómo se activa la unidad push-pull de M3 y M4 mediante una señal de nivel lógico que se origina desde fuera del chip?

Punto de aclaración : la pregunta específica que hago solo tiene que ver con activar la unidad bootstrap push-pull de lado alto con una señal de nivel lógico. Cuando el voltaje del lado alto es relativamente bajo, reconozco que esto es trivial. Pero tan pronto como los voltajes exceden las clasificaciones típicas de Vds y Vgs en transistores, esto se vuelve más difícil de hacer. Yo esperaría que algún tipo de circuito de aislamiento estuviera involucrado. Exactamente cómo se ve ese circuito es mi pregunta.

Reconozco que si M4 es un FET de canal P (o PNP), no es necesario otro circuito de arranque. Pero tengo problemas para concebir un circuito que genere los Vgs adecuados tanto para M4 como para M3, ya que los transistores externos se alternan entre sí.

Aquí hay capturas de pantalla de dos hojas de datos diferentes que muestran un circuito similar al que dibujé arriba. Tampoco se detallan los circuitos del controlador de la "caja negra".

Desde MIC4102YM :

Y el FAN7380 :

    
pregunta Dan Laks

2 respuestas

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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Nota 1: Los voltajes de entrada son solo \ $ V_ {cc} \ $ y \ $ V_ \ text {Alto voltaje} \ $. No aplica nada en el nodo \ $ V_ {BS} \ $. Es sólo para representación.
Nota 2: Tenga en cuenta que hay dos tipos diferentes de motivos. Esos motivos deben tener en cuenta que están conectados directamente entre sí.

Debe conducir el MOSFET entre sus puertas y los terminales de origen. Como el voltaje del terminal de origen de un MOSFET del lado alto estará flotando, necesita un suministro de voltaje separado (VBS: \ $ V_ \ text {Boot Strap} \ $) para el circuito de control de la puerta.

En el siguiente esquema, VCC es la fuente de voltaje del resto del circuito. Cuando el MOSFET está apagado, la conexión a tierra del circuito de la banda de arranque se conecta a la conexión a tierra del circuito, por lo que C1 y C2 se cargan hasta el nivel de Vcc. Cuando llega la señal de entrada para encender el MOSFET, la conexión a tierra del circuito de control de la compuerta aumenta hasta la tensión de drenaje del MOSFET. El diodo D1 bloqueará esta alta tensión, por lo que el C1 y C2 suministrarán el circuito de conducción durante el tiempo de encendido. Una vez que el MOSFET está apagado nuevamente, C1 y C2 reponen sus cargos perdidos de VCC.

Criterios de diseño:

  • RB debe elegirse lo más bajo posible para que no dañe D1.
  • La capacidad de C2 debe elegirse lo suficiente para alimentar el circuito de conducción durante el tiempo de funcionamiento más prolongado.
  • La clasificación de voltaje inverso de D1 debe estar por encima de \ $ V_ \ text {Alto voltaje} - V_ \ text {CC} \ $.

La señal de entrada debe estar aislada del resto de la señal. Los posibles aisladores son:

Optoacoplador

Eloptoacopladoreselmétodomásbásicoparaelaislamiento.Sonmuybaratosencomparaciónconotrosmétodos.Losmásbaratostienentiemposdedemoradepropagaciónhasta3\$\mu\$s.Sinembargo,losquetienenmenosde1\$\mu\$sdepropagaciónsontancaroscomoloscontroladoresdepuertaaislados.

Transformadordepulso

El transformador de pulso es un tipo espacial de transformador para transferir pulsos rectangulares. Tienen menos número de vueltas para evitar la capacitancia y la inductancia parásitas y núcleos más grandes para compensar la pérdida de inductancia debido a la reducción del número de vueltas. Son mucho más rápidos que los optoacopladores. Los tiempos de retardo son menos de 100 ns en general. La imagen de arriba es solo para ilustración. En la práctica, la corriente que pueden proporcionar no es suficiente para conducir un MOSFET rápido; por lo que necesitan circuitos adicionales en la práctica.

Controlador de puerta aislada

La conducción de puerta aislada es una tecnología relativamente nueva. Toda la complejidad de la conducción de puertas está encapsulada en un solo chip. Son tan rápidos como los transformadores de impulsos, pero pueden proporcionar algunos amperios de corriente de pico de puerta. Algunos productos también contienen convertidores de CC-CC aislados en el chip, por lo que ni siquiera necesitan un ajuste de arranque. Sin embargo, todas estas súper características tienen un costo.

    
respondido por el hkBattousai
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Um, el IC tiene un circuito interno de "cambio de nivel".

Yelcircuitodecambiodenivelpuedeserasí,estoessimilarconFAN7380:

Los dos NMOS antes del Filtro de pulso son relativos a la tierra real, y la señal de diferencia se enruta al Filtro de pulso. Después del Filtro de Pulso, el terreno está flotando en \ $ V_ {SRC} \ $, y el suministro es \ $ V_ {BST} \ $.

Y a continuación se muestra el diagrama de bloques de IR2110 (del Rectificador Internacional AN978-b):

    
respondido por el diverger

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