Obwód ładowania dla sterownika MOSFET wysokiej klasy

15

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:

schematyczny

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 :
wprowadź opis zdjęcia tutaj

I FAN7380 :
wprowadź opis zdjęcia tutaj

Dan Laks
źródło
Dan, skoro napisałeś, że sprawdziłeś kilka arkuszy danych, czy możesz zamieścić linki do nich? To zapewni miły kontekst.
Nick Alexeev
Jasne, zaktualizuję pytanie o kilka przykładów, które znalazłem.
Dan Laks,
Dan, wcześniej w tej odpowiedzi szczegółowo opisałem działanie sterownika bramki bootstrap, takiego jak FAN7380.
Nick Alexeev
2
Nick, faktycznie znalazłem tę odpowiedź wcześniej, zanim opublikowałem swoje pytanie (chociaż fakt, że użyłem tego samego obrazu z arkusza danych FAN7380, jest zbiegiem okoliczności). Czuję się swobodnie, korzystając ze sterownika IC z napędem bramki bootstrap. Pytanie, które zadaję, brzmi: jak naprawdę wygląda obwód napędu bramy. Pole oznaczone jako „sterownik” na obrazie. Zasadniczo szczegółowe informacje na temat kroku 4 Twojej odpowiedzi na to wcześniejsze pytanie.
Dan Laks,
1
Racja, para push-pull jest tym, co wymyśliłem w swoim pytaniu. Nadal jednak czegoś brakuje. Jak aktywuje się napęd push-pull dla dowolnie wysokich pływających napięć? To chyba sedno mojego pytania.
Dan Laks,

Odpowiedzi:

15

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

V.dodoV.Wysokie napięcieV.bS.

V.Pasek rozruchowy

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.Wysokie napięcie-V.CC

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

Transoptor

wprowadź opis zdjęcia tutaj

μμ

Transformator impulsowy

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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.

hkBattousai
źródło
hkBattousai, dziękuję za poświęcenie czasu na napisanie odpowiedzi. Jeśli rozwiniesz ostatnie trzy punkty wypunktowania (które dotyczą pytania, które zadałem) i usuniesz szczegóły na temat podstaw sterowników bootstrap (o których wspominam w pierwszym akapicie mojego pytania, które już znam), będziesz mieć moje +1. Obwód optoizolatora jest świetny i miałem nadzieję uzyskać odpowiedzi, które skupią się całkowicie na tej części sterownika, a nie na ogólnych podstawach działania bootstrapów.
Dan Laks,
1
Myślę, że nie powinniśmy usuwać szczegółów dotyczących wiązania bootowania. Inni użytkownicy mogą z niego korzystać.
hkBattousai
Nie przeszkadza mi to, o ile odpowiedź jest teraz skoncentrowana głównie na konkretnym pytaniu (tak jak teraz). Dziękuję i daje +1.
Dan Laks,
Cześć, widzę, że ostatni obraz, który podałeś, jest bardzo podobny do schematu sterownika bramki ADuM3220. Moje pytanie brzmi, czy to wymaga ładowania początkowego, aby zasilić wysokiej klasy MOSFET? JEŚLI nie, czy masz przykład produktu z izolowanym konwerterem DC-DC? Dzięki
Rrz0,
1
@ Rrz0 W tej tabeli , dla produktu wymienionego w rzędzie, jeśli ciąg w kolumnie „Włączone Isopower” to „Tak”, wówczas ma on wewnętrzny zasilacz DC-DC.
hkBattousai
3

Układ scalony ma wewnętrzny obwód „zmiany poziomu”.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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

wprowadź opis zdjęcia tutaj

V.S.RdoV.bS.T.

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

wprowadź opis zdjęcia tutaj

rozbieżne
źródło
Tak, żetony mają pewnego rodzaju przesuwnik poziomu. Pytanie, w jaki sposób realizuje zmianę poziomu dla arbitralnie wysokiego napięcia, jest pytaniem.
Dan Laks,
1
Zredagowałem swoje pytanie, aby dodać dodatkowy akapit w celu wyjaśnienia.
Dan Laks,