BJT vs MOSFET para un convertidor de retorno de energía muy bajo

Recientemente he terminado un diseño similar. Ahora estamos en la fase de preproducción, ya hemos validado los primeros prototipos, que funcionan perfectamente bajo restricciones similares a las que describe en su pregunta. Debido a las limitaciones de los derechos de propiedad intelectual, solo puedo darle algunas pautas generales.

Basado en los siguientes supuestos:

• Está intentando evitar el uso de un transformador por todos los medios (lo que puede no ser el caso),
• Los requisitos de potencia de la carga están en el rango de miliwatt,
• No desea aumentar el suministro de voltaje primero, pero usará 2VDC directamente para alimentar su bloque de diseño de retorno.
• Debe mantener el costo y el espacio de PCB al mínimo absoluto.

Sugiero el siguiente enfoque:

1. Descarte el MOSFET y use un BJT de alto voltaje de conmutación rápida (clasificado al menos a 200 V, mejor aún a 300 V).
2. Seleccione el inductor más adecuado para sus restricciones y en función de sus requisitos de potencia máxima entregada a la carga.
3. Calcule el voltaje de retorno máximo y asegúrese de que puede alcanzar "picos" de retorno de voltaje de más de 200V. Los parámetros involucrados aquí son: ILpk (corriente pico del inductor), Cts (suma total de capacitancias parásitas en el nodo de retorno) y VELOCIDAD DE CONMUTACIÓN del BJT.
4. El último es sumamente importante y rara vez se menciona en la literatura técnica. Es posible que tenga un ILpk grande y muy poco Cts, pero si su velocidad de apagado (apagado) no es lo suficientemente rápida, el voltaje de retorno aumentará. Recordatorio: Vflyback = -L * dI / dt.

Lo anterior se puede implementar con:

1. Un inductor simple (simple) o
2. Un inductor acoplado 1: 1.

Aparentemente, desde el punto de vista de las ecuaciones de diseño, no parece haber necesidad de un inductor acoplado 1: 1, ya que el inductor único funcionará exactamente igual, probablemente con menos aparatos de resonancia. Sin embargo, el uso de un inductor acoplado 1: 1 ayudará a evitar la generación de EMI. Sugiero utilizar el inductor acoplado 1: 1 en caso de que tenga que certificar EMI su producto final.

** Sin embargo, las suposiciones anteriores, si desea explorar el enfoque del transformador de retorno, ahora existen transformadores de retorno SMD en miniatura (micro-potencia) muy agradables. **

Por ejemplo, este modelo de Coilcraft permite una relación de hasta 1: 100 con aislamiento de 300 Vrms entre bobinas primarias y secundarias:

enlace

Mi opción preferida es usar un transformador. El primario estaría centrado en el centro y conectado al riel 2v. Los transistores tirarían hacia abajo en cada tramo del primario a su vez a una frecuencia razonable de aproximadamente 100 kHz. Esto convierte su voltaje primario en 8v p-p \ $ ^ 1 \ $.

Si tu relación de giros fuera 200: 8 no me suena tan mal. La salida sería un poco menos de 200 voltios, pero un poco de sintonía de resonancia en la secundaria pronto solucionaría eso.

Incluso podría justificar una relación de giros más pequeña con un multiplicador de diodo Cockcroft Walton en el extremo posterior para duplicar o triplicar el voltaje.

Muchos transistores harían esto y varios mosfets que proporcionan un umbral de voltaje de puerta inferior a 1v.

Por supuesto, puede mirar un chip de recolección de energía para obtener 5v y luego usar un conmutador de devolución de vuelo de personas como la tecnología lineal. Aquí hay un dispositivo bastante útil de la tecnología lineal: -

La aplicación 1 funciona desde un suministro tan bajo como 1.2V y produce 5V a más de 200mA. Esto podría entonces alimentar el segundo circuito que puede producir hasta 350V. Cabe señalar que quizás el transistor de conmutación interno es bipolar en este chip. También tenga en cuenta el uso de un multiplicador de diodo-condensador de Cockcroft Walton de 2 etapas en la salida del segundo circuito.

\ $ ^ 1 \ $ Antes de que alguien comience la votación negativa por decir 8Vp-p, debe analizar qué sucede en la primaria. Después de que un lado del transformador se haya puesto a tierra, aumentará hasta el doble del voltaje de suministro (es decir, 4 V) debido a la acción del otro lado del transformador que está conectado a tierra por el otro transistor. Por lo tanto, un lado tiene 4Vp-p y el otro lado tiene antifase 4Vp-p. Efecto neto 8Vp-p.

No necesitas MOSFET de alto voltaje. Para tales proporciones grandes, el transformador es una elección natural. De esta manera, en el lado primario, los voltajes serán lo suficientemente bajos para ser manejados con MOSFET de baja potencia, lo que proporcionará una mayor eficiencia y un diseño más sencillo.

Por supuesto, es posible utilizar BJT y no consumen energía cuando están apagados. Conducir BJT de 2V es fácil. Como regla general, BJT consumirá un poco más de energía que MOSFET, ya que consume algo de potencia de base constante cuando está encendido.

Pero el problema con los BJT es el mismo: dudo mucho que sea posible aumentar el voltaje de 1.5V a 200V sin transformador. En teoría sí, pero en la práctica ...