¿Cómo conduzco un MOSFET que funciona bajo alto voltaje mientras lo mantengo aislado del resto del circuito?

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QuieroconducirunMOSFETconunpulsoderelojdeciclodeserviciode50Hz,50%.Elvoltajeaconmutarestanaltocomo300VDC.Laseccióndentrodelaslíneasdiscontinuassemantendráaisladaeléctricamentedelrestodelcircuito.Estoyplaneandousarunoptoacopladorparaelaislamiento(estoyabiertoparacualquierotrasugerencia).

La mejor solución que puedo encontrar es usar una red divisora de voltaje (como se ve en el segundo esquema) y controlarla con el optoacoplador. Pero no creo que esta sea una solución óptima, porque hay dos problemas principales.

  1. Tengo que usar una resistencia de potencia voluminosa para R1.
  2. Cambio de pérdidas. La capacidad de la compuerta de un MOSFET típico es de aproximadamente 5 nF. La constante de tiempo para un condensador de 5nF que se carga a través de una resistencia de 20 k \ $ \ Omega \ $ es de 100 \ $ \ mu \ $ s, que es el 0.5% del período de conmutación. La corriente máxima a través de RL será 10A, y la resistencia R ds, en del MOSFET será de 50m \ $ \ Omega \ $ como máximo. Así que la pérdida de conmutación será aproximadamente
    \ $ (10A) ^ 2 \ times 50m \ Omega \ times 0.5 \% = 25mW \ $.

Puedo aumentar los valores de R1 y R2, pero esta vez la pérdida de conmutación aumentará. Hay un intercambio. De cualquier manera, habrá una fuente de calor en el circuito y se perderá algo de energía.

¿Cuál es la forma eficiente de conducir un MOSFET como este?

EDITAR: ¿Qué pasa con este circuito?

Contiempomuertosuficienteentrelosestadosdelosdosoptoacopladores,lapotencianominalrequeridadelaresistenciaR1puedepermanecerpordebajode1W.¿Vesalgúnproblemaenestenuevomodelodecircuito?

EDIT2:decidícolocartransistoresDarlingtonexternosparasuministrarmáscorrientealapuertaMOSFET.

Elvoltajedelacompuertabajaráa1.4Venelestadobajo,enelquelamayoríadelosMOSFETseapaganporcompleto.¿Esestenuevocircuitofactible?

    
pregunta hkBattousai

3 respuestas

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Más abajo, estoy sugiriendo algo que debería funcionar en muchas aplicaciones pero tal vez no en las suyas (debido a la alta capacidad de compuerta del MOSFET). Debido a eso, consideraría usar un módulo de aislamiento DC-DC para proporcionar energía aislada a los circuitos de compuerta en el MOSFET. Aquí hay un circuito que es 90% indicativo: -

B2seríasuministradoporelconvertidorDC-DCyU1tambiénpuedeseraislado,aunqueenestediagramaenparticular,muestranambosladosdelacopladoratierra(directamentedebajodeU1).ElconvertidordeCCcomoesteestaríabien:-

Puede suministrar continuamente 250 mA y esto puede usarse junto con un condensador electrolítico de tamaño razonable para proporcionar la alta sobrecarga de corriente necesaria para cargar la compuerta.

También consideraría la simplicidad de usar un aislador óptico fotovoltaico como el Vishay VOM1271 .

Se puede convertir en 53 us en una carga de 200pF y producir un voltaje de alimentación de aproximadamente 8V, lo que lo hace adecuado para una gran cantidad de MOSFET. Por supuesto, si la capacitancia de la compuerta MOSFET es de 2 nF, entonces tardará alrededor de 0,5 mili segundos en encenderse.

    
respondido por el Andy aka
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  • En su diagrama, muestra un optoacoplador-triac, que no es apropiado aquí (útil solo con CA).

  • ¡Tenga en cuenta que, independientemente de lo que tenga en su optoacoplador, el secundario debe poder manejar los 300 V completos!

  • Para su cálculo de carga, debe asumir que la 5nF se carga desde una fuente (1/21) * 300 = 14V con una resistencia de 1 // 21 ~ = 1k. Parece que asumes una resistencia de 20k. ¡Tenga en cuenta que también debe tener en cuenta el alta!

  • Una solución 'discreta' podría ser crear un suministro de 14V en el área de HV, con un capacitor grande, y usar un optoacoplador y un controlador de puerta convencionales.

No menciona la frecuencia que desea lograr, lo que podría ser un factor importante en el diseño.

    
respondido por el Wouter van Ooijen
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¿Has considerado usar un transformador? En frecuencias altas, podría usar un transformador de pulso pequeño, pero a 50 Hz, desearía un buen transformador 1: 1 diseñado para frecuencias de audio.

Conecte el conector entre la fuente y la puerta del MOSFET. Conduzca el primario con la señal que desea aplicar a la puerta. También conecte un diodo desde la fuente a la puerta para limitar el giro negativo en la puerta.

    
respondido por el Dave Tweed

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