Power MOSFETs y controladores de puerta

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Estoy tratando de aplicar finalmente lo que aprendí en la universidad en el curso de electrónica de potencia. Sin embargo, encuentro que faltan algunos puntos en ese curso y en la mayoría de los libros / referencias en línea.

De hecho (esto puede ser similar al control de puentes H para conductores de motor, no estoy seguro) hay algunas posibilidades en cuanto a cómo realizar un convertidor reductor (buck):

  • Uso de PMOS como interruptor de entrada (fuente a tensión de alimentación) - > la puerta del PMOS debe estar ALTA cuando PMOS está desactivada, mientras que la puerta del PMOS debe estar en la posición BAJA cuando PMOS está activado
  • Uso de NMOS como interruptor de entrada (drenaje a la tensión de alimentación) - > la puerta del NMOS debe ser ordenada a través de boostrapping (necesita un diodo y un capacitor adicionales)

Adicionalmente, puede ser una buena idea usar un convertidor de dólar síncrono (menos pérdidas) usando un NMOS en paralelo al diodo de salida. Creo que obtuve esta parte y, de todos modos, es más sencillo de manejar, ya que es un NMOS con su fuente vinculada al suelo.

Volviendo a la pregunta original: aunque estoy de acuerdo en que es posible (teóricamente) controlar fácilmente el transistor PMOS, creo que es bastante difícil, especialmente con altos voltajes de entrada .

Considere que tomo energía del tomacorriente de pared: 230V_RMS a 10A máx. (pero para mis aplicaciones iré por mucho menos, 1A máx). Obtendré un voltaje de pseudo-CC utilizando un puente rectificador (puente de Gretz) con un condensador en su salida (práctica estándar). Este último voltaje será la entrada de mi convertidor reductor de CC / CC.

Por lo tanto, el problema: usar un microcontrolador para generar una señal PWN para controlar el voltaje de salida (GPIO: salida de 3.3V, o 5V como máximo) no será posible activar el NMOS o desactivar el PMOS.

Creo que necesito que el voltaje de la compuerta del NMOS esté alrededor de 5-10 V por encima del voltaje de suministro. Tendré que hacer el arranque para eso, pero no lo entendí realmente. Eso es lo que básicamente los controladores GATE están hechos para AFAIK.

En cuanto al PMOS, una solución más simple puede ser utilizar una señal PWM invertida (D = PWM a nivel BAJO, normalmente es lo contrario) y controlar un optoacoplador que tenga su colector conectado a la tensión de alimentación (igual que la fuente de PMOS). voltaje). Existen colectores capaces de mantener ese voltaje, pero puede haber una mejor solución.

No hay muchos controladores MOSFET de alto voltaje disponibles en el mercado (y mucho menos a bajo costo) y realmente me gustaría saber cómo hacerlo. Creo que los convertidores reductores / reductores son bastante comunes hoy en día, por lo que me resulta difícil que no existan tales productos. Esto me lleva a creer que no estoy viendo los componentes correctos (todavía) . ¿O la única solución sería realizar el driver en componentes discretos? ¿Alguna recomendación / recomendación del producto para satisfacer estos requisitos?

EDIT : como le dije a Oliven Lathrop aquí es lo que tengo en mente para controlar el PMOS. Básicamente, uso un BJT como fuente de corriente y luego me desvío lo suficiente del voltaje (12-15 V) para obtener el PMOS en modo de conducción. De lo contrario, idealmente no hay flujos de corriente en el BJT y el PMOS está bloqueado. PMOS CONTROL http://img513.imageshack.us/img513/1879/pmoscommand.png .

No he verificado la polaridad de la señal PWM (debería revertirse o no) pero en principio esto puede "simplemente" funcionar. Transistores NPN que soportan > 400V_DC son mucho más comunes que PNP / PMOS y su precio es pequeño. Una pequeña corriente en el BJT es suficiente. Por lo tanto, R2 tiene que ser bastante grande (para obtener I_BJT_Collector ~ 1mA) y R1 lo suficientemente grande (pero no demasiado, de lo contrario, la carga demora demasiado y disipo demasiada energía). Sin embargo, puede plantear un problema para la descarga, ya que los cargos acumulados no pueden ser evacuados.

EDIT2 : sé que en el esquema representé un transistor NMOS, pero no había ningún símbolo PMOS en el programa esquemático que estoy usando actualmente. ¡Es en realidad un PMOS!

EDIT3 : en segundo lugar, aunque no estoy seguro de que esto funcione, ya que la corriente se impone en NPN, no a través de R1. Puede funcionar si la corriente que entra en el MOS (I_G > 0) se suma a la corriente de colector del NPN (I_C > 0). De esta manera la caída de voltaje aumenta y la conducción está asegurada. Sin embargo, todavía hay dudas sobre el proceso de oposición.

    
pregunta user51166

1 respuesta

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El cambio de lado alto siempre es complicado. No hay formas fáciles y sencillas, solo varias compensaciones.

Los transistores PMOS son buenos porque pueden funcionar dentro del voltaje existente. La tensión de la compuerta debe ser jalada por debajo de la tensión de entrada en 12-15 V para encenderla por completo. El inconveniente es que los MOSFETS de canal P suelen tener características un poco peores que el canal N equivalente.

El canal N puede tener una mejor combinación de Rdson, tolerancia de voltaje y costo, pero requiere que de alguna manera haga un voltaje más alto que la entrada para controlarlos. Algunos chips de controlador FET de lado alto incluyen una bomba de carga u otro truco para este propósito. Otra desventaja de un interruptor lateral alto de canal N es que la puerta debe girar una cantidad mucho mayor, de cero a 12-15 voltios por encima de la entrada. Esto se debe a que la tensión de la compuerta es relativa a la fuente, que ahora está subiendo y bajando con la conmutación de la tensión. Esto requiere altas tasas de movimiento para mantenerse fuera de la región en la mayor medida posible, y brinda más oportunidades para la captación de ruido en otros lugares.

No hay una solución fácil.

Sin embargo, en su caso particular, es posible que no necesite un interruptor lateral alto en absoluto. Como se mencionó W5VO en un comentario, una topología de retorno solo requiere un interruptor lateral bajo en el primario. El lado alto puede permanecer conectado a la tensión de entrada.

Otra posibilidad es una toma de centro centrada con el transformador en modo de avance. La toma central va a la tensión de entrada con un interruptor lateral bajo que tira de cada extremo alternativamente a tierra. Nuevamente, no hay almuerzo gratis, que en este caso es exhibido por los interruptores laterales bajos que ahora tienen que soportar el doble del voltaje de entrada. Esta es la razón por la que la topología con tomas centrales se usa más para voltajes de entrada más bajos y, por lo general, no para la potencia "universal" mundial, que necesita manejar hasta 260 V CA o menos. Eso significaría 368 V picos y 735 V de tensión en los interruptores del lado bajo. Los transistores con ese tipo de capacidad de voltaje abandonan otros parámetros, como la ganancia en bipolares y Rdson en FET.

No hay almuerzo gratis.

Añadido:

Quise decir esto antes pero de alguna manera se deslizó a través de las grietas. Lo más probable es que necesites un transformador para aislarte. A menos que realmente sepa lo que está haciendo, quiere que la fuente resultante esté aislada de la línea eléctrica. La principal excepción es si la energía permanece completamente dentro de una caja sellada y no hay ni siquiera una conexión a tierra con el mundo exterior. De lo contrario, corre el riesgo de que un usuario se conecte al lado activo de la línea de CA en caso de que incluso algunas cosas simples salgan mal. Hay una buena razón para que las fuentes de alimentación comerciales estén aisladas en su mayoría.

Dado que es probable que desee aislamiento, el problema es cómo conducir un transformador de acuerdo con cómo hacer un conmutador directo directamente.

    
respondido por el Olin Lathrop

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