Dibujar el esquema de una manera más convencional por lo general ayuda a comprenderlo mejor: los voltajes más altos deben estar predominantemente en la parte superior y las señales deben fluir de izquierda a derecha.
simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab
El cambio de nivel
Q1 y R3 juntos forman un sumidero de corriente constante que consume 1.2 mA independientemente de la tensión del colector cuando la entrada PWM es alta:
- Cuando la señal PWM está en 5 V, Q1 se enciende y comienza a conducir.
A medida que aumenta la corriente del emisor, la caída de voltaje sobre R3 también lo hace. En algún punto, el voltaje del emisor de base se vuelve tan bajo (< 1 V) que la corriente significativa ya no puede fluir desde la entrada PWM a la base de Q1. La corriente de base reducida comienza a limitar la corriente del colector.
El voltaje del colector y la corriente de base finalmente alcanzan un equilibrio y Q1 conduce la corriente suficiente para que la caída de voltaje sobre R3 se mantenga en 4V. La ley de ohmios nos dice que la resistencia conduce aprox. 1.2 mA.
- Cuando la entrada de PWM es baja, Q1 permanece apagado y no conduce corriente.
- R1 es para limitar la corriente de base, mientras que R2 es una precaución contra cualquier interferencia leve que de lo contrario podría activar Q2, por ejemplo. cuando el microcontrolador no está accionando el pin.
El transistor pull-up MOSFET
Cuando la entrada PWM es alta, Q2 controla la puerta del canal alto MOSFET D1.
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Cuando la palanca de cambio de nivel toma 1.2 mA, 300 μA de esa corriente fluyen a través de R3, mientras que los 900 μA restantes provienen de la base de Q2. Dado que Q2 es un transistor PNP, esta corriente de base negativa la enciende, lo que permite que la corriente fluya a través de D1 y cargue la compuerta de Q4, y también la encienda.
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El propósito de R3 es asegurarse de que Q2 se apague de forma rápida y confiable cuando el cambio de nivel está desactivado. Cuando la palanca de cambio de nivel consume 300 μA o menos, la caída de voltaje sobre R3 es demasiado baja (< 1 V) para permitir que Q2 se encienda.
El transistor desplegable MOSFET
Cuando la entrada PWM baja, Q3 baja la compuerta lo más rápido posible.
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Cuando Q2 está encendido y la puerta está alta, la tensión de base de Q3 es 0.7 V por encima de la tensión del emisor, manteniendo Q3 firmemente apagado.
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Cuando Q2 se apaga, R4 extrae la corriente de la base de Q3 y la enciende. Q3 luego descarga rápidamente la capacitancia de la compuerta de Q4.
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D1 está ahí para permitir que Q3 se encienda. Sin él, el voltaje de la compuerta siempre sería el mismo que el voltaje del emisor, y el Q3 nunca se conduciría, ya que solo se puede encender cuando el voltaje base cae aprox. 1 V abajo el voltaje del emisor. D1 impide que la capacitancia de la compuerta se descargue a través de R4, lo que permite que R4 baje rápidamente la base de Q3, lo que le permite descargar rápidamente la capacitancia de la compuerta de Q4.
La sección de potencia
- D2 es un diodo de rueda libre, su propósito es manejar los transitorios inductivos que ocurren cuando Q4 (el MOSFET) se apaga.
- D3 es presumiblemente un indicador LED
Conclusión
El circuito está bien en su mayor parte, aunque tiene una posibilidad de exceder la entrada de +/- 20 V a la fuente del MOSFET: cuando Q2 se enciende, abre momentáneamente un camino para los 22 V completos la compuerta de Q4, ya que Q4 tiene un ligero retraso antes de encenderse y, por lo tanto, la tensión de drenaje no aumenta inmediatamente a 12 V. En teoría, la sobretensión es pequeña (20.6 V) y dura solo unos pocos nanosegundos, pero en la práctica inductancias parásitas y las capacitancias pueden agregarse al problema, lo que permite que la punta atraviese la capa de óxido de la puerta y destruya el MOSFET. Yo agregaría un diodo supresor de voltaje transitorio de 15 V unidireccional desde la puerta a la fuente. En caso de necesidad, un dispositivo de 15 V o 12 V también debería ayudar.
Su conclusión acerca de los largos tiempos de apagado no está justificada, ya que trazó el voltaje de carga (la traza amarilla) en lugar del MOSFET puerta a fuente . En cualquier caso, la precisión de cualquier simulación debe verificarse con un circuito del mundo real.
