Obwód ładowania dla sterownika MOSFET wysokiej klasy

Bardzo dobrze znam działanie sterowników bootstrap na układach scalonych sterownika MOSFET do przełączania N-kanałowego MOSFET-a high-side. Podstawowa operacja jest wyczerpująco omówiona na tej stronie i innych.

To, czego nie rozumiem, to sam obwód sterownika wysokiej klasy. Ponieważ dobry sterownik popycha i pobiera duże ilości prądu, sensowne jest, że w układzie scalonym istnieje kolejna para tranzystorów, które napędzają pin VH wysoko lub nisko. Kilka arkuszy danych, na które spojrzałem, wydaje się wskazywać, że używają pary kanał P / kanał N (lub PNP / NPN). Odejmując konstrukcję układu scalonego, wyobrażam sobie, że obwód wygląda mniej więcej tak:

^{zasymuluj ten obwód - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Wygląda na to, że właśnie wprowadziliśmy problem rekurencji. Zakładając, że węzeł oznaczony jako „pływający” może mieć dowolne wysokie napięcie, w jaki sposób napędzane są M3 i M4, które nie potrzebują kolejnego sterownika do napędzania sterownika ( i tak dalej i dalej )? Zakłada się również, że sterownik wysokiej strony jest ostatecznie kontrolowany przez pewnego rodzaju sygnał poziomu logicznego.

Innymi słowy, biorąc pod uwagę arbitralnie wysokie napięcie zmienne, w jaki sposób napęd push-pull M3 i M4 jest aktywowany przez sygnał poziomu logicznego pochodzący z układu scalonego?

Punkt wyjaśnienia : Konkretne pytanie, które zadaję, dotyczy wyłącznie aktywacji napędu bootstrap wysokiego poziomu z sygnałem logicznym. Kiedy napięcie po stronie wysokiego napięcia jest stosunkowo niskie, uznaję to za trywialne. Ale gdy tylko napięcia przekroczą typowe wartości Vds i Vgs na tranzystorach, staje się to trudniejsze. Spodziewałbym się, że będzie w to zaangażowany jakiś obwód izolacyjny. Dokładnie to, jak wygląda ten zespół obwodów, jest moim pytaniem.

Rozumiem, że jeśli M4 jest FET (lub PNP) w kanale P., inny obwód ładowania początkowego nie jest konieczny. Ale mam problem z wyobrażeniem sobie obwodu, który wygeneruje odpowiednie Vg dla M4 i M3, gdy zewnętrzne tranzystory są przełączane w jedną i drugą stronę.

Oto zrzuty ekranu z dwóch różnych arkuszy danych, które pokazują podobny obwód do tego, co narysowałem powyżej. Ani nie wchodź w żadne szczegóły na temat obwodów sterownika „czarnej skrzynki”.

Z MIC4102YM :

I FAN7380 :

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

$V_{cc}$$V_\text{High Voltage}$$V_{BS}$

$V_\text{Boot Strap}$

Na poniższym schemacie VCC jest źródłem napięcia dla reszty obwodu. Gdy MOSFET jest wyłączony, masa obwodu paska rozruchowego jest podłączona do masy obwodu, dzięki czemu C1 i C2 ładują się do poziomu Vcc. Gdy nadejdzie sygnał wejściowy, aby włączyć MOSFET, masa obwodu napędu bramki wzrasta do napięcia spustowego MOSFET. Dioda D1 zablokuje to wysokie napięcie, więc C1 i C2 zasilą obwód sterujący w czasie załączenia. Gdy MOSFET zostanie ponownie wyłączony, C1 i C2 uzupełniają utracone ładunki z VCC.

Kryteria projektowania:

• RB należy wybrać tak nisko, jak to możliwe, aby nie uszkodzić D1.
• Pojemność C2 musi być odpowiednio dobrana, aby zasilać obwód napędowy przez jak najdłuższy czas.
• $V_\text{High Voltage} - V_\text{CC}$

Sygnał wejściowy musi być izolowany od obwodu paska rozruchowego. Niektóre możliwe izolatory to:

Transoptor

$\mu$$\mu$

Transformator impulsowy

Transformator impulsowy jest przestrzennym typem transformatora do przenoszenia prostokątnych impulsów. Mają mniejszą liczbę zwojów, aby uniknąć pasożytniczej pojemności i indukcyjności, oraz większe rdzenie do kompensacji utraty indukcyjności z powodu zmniejszonej liczby zwojów. Są znacznie szybsze niż transoptory. Czas opóźnienia wynosi zwykle mniej niż 100ns. Powyższy obraz ma wyłącznie charakter ilustracyjny. W praktyce prąd, który mogą zapewnić, nie wystarcza do szybkiej jazdy MOSFET; dlatego w praktyce potrzebują dodatkowych obwodów.

Izolowany sterownik bramy

Izolowana jazda bramą jest stosunkowo nową technologią. Cała złożoność sterowania bramą jest zamknięta w jednym układzie scalonym. Są tak szybkie jak transformatory impulsowe, ale mogą zapewnić kilka amperów szczytowego prądu bramki. Niektóre produkty zawierają również izolowane konwertery DC-DC na chipie, więc nawet nie wymagają wiązania bootowania. Jednak wszystkie te super funkcje wiążą się z pewnymi kosztami.

Układ scalony ma wewnętrzny obwód „zmiany poziomu”.

Obwód zmiany poziomu może być taki, podobnie jest z FAN7380:

$V_{SRC}$$V_{BST}$

A poniżej schemat blokowy IR2110 (od International Rectifier AN978-b):