Propósito del controlador de compuerta en un amplificador de clase D

Los MOSFET de energía típicamente tienen una capacidad de compuerta bastante grande, miles de pF. La unidad de corriente de salida de un comparador "estándar" estará en el mA. Combine los dos y obtendrá una transición de nivel del voltaje de la compuerta cambiando lentamente, donde lentamente significa menos de decenas de nanosegundos. La activación lenta de la puerta significa un cambio lento de la carga del MOSFET, y eso hace que el MOSFET se caliente, lo que niega el valor del enfoque de clase D. Un controlador MOSFET, por otro lado, normalmente puede generar y descargar corrientes de pulso en el orden de un amplificador. Esto proporciona la velocidad necesaria para que la clase D funcione correctamente.

Es cierto que el comparador tiene una capacidad de corriente relativamente baja en relación con la capacitancia del MOSFET, lo que conduciría a tiempos de conmutación lentos. Consulte ¿Qué es la capacidad de la unidad de puerta MOSFET y por qué me importa? Esta es una razón por la que verá los controladores de la puerta en amplificadores de clase D (o en realidad cualquier aplicación que implique MOSFET de potencia).

Hay otra razón. Si observa el esquema que ha publicado, ambos MOSFET son dispositivos de canal N. Esto significa que para encender el de arriba, algo necesita generar un voltaje que flote con la salida, porque la fuente del MOSFET superior está conectada a la salida. Si no tuviéramos este voltaje, no tendríamos una forma adecuada de manejar la puerta del transistor superior.

Una forma de evitar esto es usar un MOSFET de canal P para el lado alto. Sin embargo, esto introduce dos problemas:

• los dos MOSFET ahora no son idénticos, lo que podría introducir distorsión en la salida.
• todo lo demás igual, los MOSFET de canal P tienen una resistencia más alta que los MOSFET de canal N. La razón tiene que ver con la física de los semiconductores y la movilidad relativa de los agujeros frente a los electrones.

Hay disponibles muchos controladores de medio puente integrados que incluyen una bomba de carga para generar el voltaje de la unidad de la puerta flotante y toda la lógica de cambio de nivel para hacer que la interfaz con ellos sea trivial.

Hay otros problemas sutiles con los medios puentes que los controladores de puerta integrados generalmente ayudan a resolver. Una de ellas es que nunca desea que ambos transistores estén encendidos a la vez, ya que cortocircuitaría la fuente de alimentación. Esto se llama disparar a través . Los controladores de puerta integrados generalmente incluyen una lógica que lo hace imposible, o al menos garantizan un retardo de propagación igual y una corriente de control de puerta en los lados alto y bajo, lo que facilita la vida.