Una ruta para cargar el capacitor y otra para descargarlo

Mi contribución es señalar un circuito que se adapte a su título: " Un camino para cargar el capacitor y otro para descargarlo ". Es una solución comúnmente utilizada para controlar un mosfet de canal N / IGBT en la configuración del lado alto (carga a tierra). Esto evita el uso de mosfet de canal P, que generalmente muestra un RDSon más alto. Pero, por lo demás, impone una complicación al diseñar controladores de compuerta de canal N (excepto cuando se usa un voltaje de compuerta mayor que el voltaje de drenaje, una situación rara). El esquema que se muestra a continuación utiliza un condensador como voltaje de compuerta "flotante" para el Mosfet. Esta solución ya está integrada en la mayoría de los controladores de compuertas comerciales (elija una hoja de datos específica y observe la presencia del diodo y el condensador alrededor del componente). El control del motor y la conversión de potencia son aplicaciones típicas.

Nota: Cuando comencé a responder, el autor aún no había complementado la pregunta con la última figura (me tomé un tiempo para dibujar mis figuras). La página web no se mantiene actualizada, al editar. Escribo esto para que el lector no piense que simplemente repetí esa idea. Sucede en los foros.

Hay una serie de problemas con su circuito que necesita resolver primero. Para que el capacitor se descargue, debe tener un circuito completo para que la corriente fluya, ya que la corriente que fluye fuera de un terminal del capacitor debe coincidir exactamente con una corriente que fluye hacia el otro terminal. Por lo tanto, el capacitor no se puede descargar a menos que Q1 y Q2 sean conductores. Sin embargo, aún no podrá descargar el condensador porque la corriente continuará fluyendo a través del diodo desde la fuente de alimentación de 12 V, lo que mantendrá el condensador cargado.

Para comprender realmente cómo podría funcionar el circuito , deberá incluir las características de "vida real" de la fuente de alimentación, como una resistencia en serie efectiva. También debe comprender cómo funciona un transistor para saber cuánta corriente pasará del colector al emisor cuando esté "abierto".

Use la ecuación dependiente del tiempo para un voltaje de circuito rc, resuelva para t. (Consulte la constante de tiempo rc en Wikipedia) Puede obtener la tensión restando la caída de tensión del diodo + la caída de tensión del transistor que está encendido de la tensión de alimentación.

Puede usar el simulador Circuitlab para ver qué ocurrirá (es una simulación SPICE basada en la web).

No he intentado simular tu circuito, ya que no funciona de la forma que dices que crees, pero simulé la descarga de un condensador de 10 uF por un transistor común. Se carga inicialmente a 12 V y el transistor lo descarga a t = 1 mseg.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El resultado fue el gráfico que se muestra a continuación (hice una simulación transitoria de 2 ms usando un paso de 1usec). Puede ver la entrada de la onda cuadrada de 0 / 12V (naranja) y el voltaje en el capacitor (cian). El transistor actúa como un sumidero de corriente constante hasta que el voltaje a través del condensador cae por debajo de un voltio.

Elvoltajeenelcolectorcae10.2Ven600usec,porloquelacorrientedebeserde170mA.Esoesunpocoaltoparalasaluddel2N3904,eindicaunagananciadecorrientedeaproximadamente150,yaquelacorrientedebaseesdeaproximadamente1.14mA.

Entonces,comopuedesver,eltransistornoactúaenabsolutocomounaresistencia.Lacurvaescasiunapendienteperfectahaciaabajo(almenosenelmundodelasimulación,enlavidareallalongituddelpulsoeslosuficientementelargayladisipacióndepotenciaeslosuficientementealta,lapendientepuedecurvarsehaciaabajoamedidaquesecalientalamatriz,inclusomásdiferentedeladescargaexponencialconseguirconunaresistencia).

Editar:coneldiagramaagregadoquedaclaroquesetratadeuncontroladordecompuertabootstrapped(dinámico).Graciaspordejareloriginal,porloquenoparecequetodoslosquerespondieronalapublicacióninicialestuvieranlocos.

ElMOSFETdelladobajo(conlaresistenciadecarga)actúacomounafuentedevoltajecuandoestáencendido,digamos,0.2V.Estosedebeaquetieneunacargagrande(generalmente)queactuarácomoundivisordevoltajeconunRdsmuypequeño(activado).Sepodríadecirqueescercade0Vcomounaaproximación.

Latapade10uFsecargadesdelafuentedealimentaciónatravésdeldiodo.Lacorrienteinicial>/em>probablementeestélimitadaporlafuentedealimentaciónenlugardelacaídadeldiodooelMOSFET,porloque,comoJoeHassdijoquedebepensarenalgunaimpedanciadelafuentedealimentación(resistenciaenserieetc)paraimaginarcómoseinicia.Unavezquesecargaellímitede10uF,solosedebecompletarunpococadacicloPWM.

Elcondensadorsedescargaráunpocodelresistor470R,peronormalmenteesosoloocurriráduranteeltiempomuertocuandoambosMOSFETesténapagados.TambiéndescargaríaunpocoenlacargadelacompuertadelMOSFETdelladoalto,peroesosoloocurreunavezporciclodeconmutación(luegoserecargaduranteeltiempobajo).

Estetipodecontroladordecompuertadebemanejarsedemaneracontinuaparaquefuncione(oalmenosdebemanejarseaunnivelbajosisevaasentarenunestado)yelcapacitorde10uFtendráunvoltajecasiconstanteatravésdeél,inclusocuandoseconduceunMOSFETenorme.Ungran MOSFET puede tener 250nC de carga de la puerta, que representa aproximadamente 25 mV de cambio en el límite de 10uF. Si lo deja en estado alto, es probable que la tensión de la compuerta se escape y el MOSFET del lado alto se vuelva lineal, lo que llevará a humo y cosas malas. Los conductores comerciales tienen un circuito de bloqueo de subtensión (UVLO) que se supone que evita que esto suceda.