Bomba de carga para conducir NMOS

2

Estaba buscando una manera de conducir la puerta de un NMOS de potencia. Como ya tengo un pequeño FPGA disponible en un riel de copia de seguridad 3v3 independiente , pensé que podría usar su oscilador interno para construir una bomba de carga simple.

Lo siguiente debe ser una bomba de carga en relación con la fuente de NMOS (lado de la carga). Se ha incrementado 3x3.3V desde el suministro independiente de 3V3.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

He simulado el circuito anterior en LTSpice y obtuve un buen aumento de ~ 13V / ms en la carga con un Vgs final de alrededor de 7V. Las salidas FPGA están modeladas como controladores Push-Pull y la frecuencia de conmutación es de 100 kHz.

Puedo aumentar el tiempo de subida aumentando C1 o bajando R2-R4.

Noté que al cargar una carga capacitiva, el canal de corriente M1 está oscilando con la frecuencia de la bomba de carga. ¿Esto importa? ¿Cómo puedo evitarlo?

Por favor, ayúdeme a entender cómo se construye normalmente un controlador de puerta, o apúnteme a un circuito integrado adecuado.

    
pregunta Arne

1 respuesta

2

Si desea una solución simple, hay muchos ICs denominados 'controlador n-MOS de lado alto' en todo el mundo. Linear Technology, Maxim, Micrel y otros fabricantes los fabrican. Simplemente elija qué se ajusta exactamente a sus necesidades.

Si quieres saber cómo se diseñaron, entonces ... Como solución discreta se utilizan comúnmente circuitos multiplicadores de voltaje. Así que estás en el camino correcto. El circuito de refuerzo más simple que conozco consiste solo en un capacitor y un diodo (se muestra a la izquierda).

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Este circuito usa voltaje Vin cuando la carga está apagada para cargar el capacitor y luego lo usa para aumentar el voltaje de la compuerta. El inconveniente es que el condensador se descargará por corrientes de fuga, por lo que deberá apagar y encender la carga en el tiempo.

Entonces, en general, el impulso necesita una fuente de reloj independiente para cargar la carga (también está en el camino correcto). Una solución es usar el multiplicador de voltaje de cascada Villard. El esquema que se muestra a la derecha muestra el circuito de la bomba de carga que proporciona el voltaje de la puerta Vin + V (~ f) con una sola cascada. Si se requiere un voltaje de compuerta más alto, se pueden agregar más cascadas.

Tenga en cuenta que la resistencia se inserta entre la bomba y el circuito de control, por lo que la desconexión no causa la descarga completa de los condensadores. En la industria, los controladores de compuerta de empuje y arrastre se utilizan en cascada, lo que proporciona una conmutación muy rápida, lo que reduce la disipación de la potencia de conmutación y reduce la corriente de reposo a través de la bomba.

AGREGAR: encontré consejos en los controladores de puertas fabricados en la industria:

  1. Un extremo del condensador de la bomba se alimenta desde la fuente MOSFET, por lo que se refuerza naturalmente cuando se enciende el transistor. Por lo tanto, actúa como mi esquema izquierdo en esta edición.

  2. Otro extremo del condensador de la bomba se alimenta típicamente de LDO. Es necesario limitar Vgs.

  3. Es posible que no haya un capacitor de salida (como C3 en el esquema y), por lo tanto la capacitancia interna MOSFET para mantener el voltaje de la compuerta mientras el capacitor de la bomba se recarga en estado de encendido constante.

  4. A veces no hay una salida pushpull en cascada, el condensador de la bomba se descarga cuando MOSFET está apagado (como en sus esquemas). Esto es típico de dirvers no diseñado para aplicaciones PWM.

respondido por el Vovanium

Lea otras preguntas en las etiquetas