Unidad MOSFET de alta frecuencia de lado alto

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Para los transductores de ultrasonido para imágenes, se deben generar impulsos de alto voltaje, normalmente utilizando una estructura de pulsador de 3 niveles o de 5 niveles que se parece a la imagen de abajo. Para una estructura de 3 niveles, dos están conectados juntos en la salida, y para 5 niveles, tres están conectados.

Fuente de imagen

El problema con este diseño es que los MOSFET de canal P discretos son más difíciles de conseguir con un V ds (max) suficientemente alto, que debe ser de al menos 250 V para un suministro de ± 100 V (cuando la salida es -100V, el V ds del PMOS es 200V). Si bien se pueden encontrar, generalmente tienen un R ds (on) mucho más alto y son mucho más lentos.

Para uno de los proyectos que estamos considerando, lo ideal es que podamos manejar un transductor a alta frecuencia (rango de 30-40MHz) utilizando una forma de onda relativamente arbitraria (PWM de 5 niveles). Sin embargo, para lograr esto, el pulsador debe poder conmutar en algún lugar en la región de 200MHz, lo que significa un tiempo de subida de < 5ns que está fuera del alcance de lo que cualquiera de los dispositivos PMOS disponibles puede hacer.

Para llegar a este tipo de nivel, lo único que se me ocurre es reemplazar el dispositivo PMOS con un dispositivo NMOS. Sin embargo aquí radica el desafío. La mayoría de los controladores NMOS de lado alto están diseñados típicamente para aplicaciones como las unidades BLDC y el convertidor DC-DC donde las frecuencias están en el rango de 100 kHz como máximo. Además, y por lo general no están diseñados para hacer frente a la compuerta lateral alta situada a voltajes negativos, lo que en ocasiones ocurrirá en este pulsador.

Para cambiar de, digamos 0 a 100V en 5ns, la fuente del NMOS del lado alto tiene que desplazarse a más de 20kV / us, lo que significa que todo lo que esté impulsando la puerta debe poder hacer frente a un nivel tan alto modo transitorio. También debe ser capaz de conducir la puerta lo suficientemente rápido como para cambiar a < 5ns, que es un pico de corriente, aunque eso dependerá de la capacidad de la puerta del MOSFET.

He estado buscando formas de traducir las señales de los circuitos lógicos a la puerta del NMOS, pero me cuesta encontrar algo lo suficientemente rápido. Los optoaisladores alcanzan el máximo en el rango de 25 MHz, y el único aislador digital que he encontrado es el ADN4650 que puede hacer 600 Mbps pero no son baratos y requerirían circuitos LVDS-LVCMOS adicionales que ocuparán espacio, especialmente cuando el número de canales aumenta (por ejemplo, 16 elementos). Los desplazadores de nivel pasivos serían aún más difíciles de implementar, ya que la fuente será negativa y positiva.

Entonces a la pregunta. Básicamente, ¿alguien ha desarrollado una unidad de alta frecuencia de alta frecuencia? ¿O tiene alguna idea sobre los circuitos que podría usarse para conducirlo?

    
pregunta Tom Carpenter

2 respuestas

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Consideraría el uso de acoplamiento magnético para la unidad de puerta. Consulte enlace para tener una idea de cómo diseñar esto.

Esto supone que la duración del tiempo que estará encendido cualquier interruptor (lo que parece razonable dado el circuito anterior para las partes de supertex), y el ciclo de trabajo no es demasiado alto (en un convertidor de 5 niveles, no debería t sea un problema). Los transformadores de impulsos adecuados son más fáciles de conseguir que otros aisladores, el desafío que veo es el manejo del efecto molinero y el manejo de la potencia del transformador de impulsos.

    
respondido por el Liam
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Forma de onda arbitraria con una amplitud de 200 Vpp y un ancho de banda de 200 MHz: es una tarea difícil. Para voltajes mucho más bajos (60Vpp) recomendaría un controlador CRT como LM2462. Si la salida sinusoidal está bien, entonces un amplificador de RF suministrará 200Vpp a 30-40MHz fácilmente. A 30 MHz, hay 6-7 ns para cada nivel de voltaje (tanto en la parte de estado estacionario como en el transitorio). Haga una prueba: conduzca su transductor con solo un suministro de 50 V, N-MOSFET y un controlador de puerta IC, sin optoaislamiento para verificar si puede obtener la forma de onda tan rápido.

    
respondido por el user117884

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