Condensator bootstrap într-un circuit de control cu ​​jumătate de punte

Circuite integrate - drivere cu jumătate de punte, cum ar fi, de exemplu, IR2153 sau IR2110, implică includerea în circuitul general al unui așa-numit condensator bootstrap (detașat) pentru alimentarea independentă a circuitului superior de control al cheilor.

În timp ce tasta de jos este deschisă și conduce curent, condensatorul bootstrap este conectat prin intermediul acestei chei de jos deschise la magistrala de alimentare negativă, iar în acest moment poate primi încărcare prin intermediul diodei bootstrap direct de la sursa de alimentare a șoferului.

Când tasta inferioară este închisă, dioda bootstrap încetează să furnizeze încărcarea condensatorului bootstrap, deoarece condensatorul este deconectat de la magistrala negativă în același moment, iar acum poate funcționa ca o sursă de alimentare plutitoare pentru circuitul de control al porții cheii jumătății superioare.

O astfel de soluție este justificată, deoarece puterea necesară adesea pentru gestionarea cheilor este relativ mică, iar energia consumată poate fi pur și simplu reînnoită periodic din alimentarea electrică de joasă tensiune a șoferului direct în timpul funcționării unității de alimentare. Un exemplu izbitor este etapa de ieșire cu frecvență joasă a aproape oricărui invertor de putere mică 12-220.

În ceea ce privește capacitatea condensatorului pentru bootstrap, acesta nu trebuie să fie nici prea mare (pentru a putea reîncărca complet în timp în timp ce tasta inferioară este deschisă) și nici prea mic, astfel încât să nu doar descărcați elementele circuitului înainte de timp, dar să poată reține constant o cantitate suficientă încărcare fără o cădere de tensiune vizibilă, astfel încât această încărcare este mai mult decât suficientă pentru ciclul de control al cheii superioare.

Prin urmare, atunci când se calculează capacitatea minimă a unui condensator de bootstrap, se iau în considerare următorii parametri importanți: încărcarea poartă a tastei superioare Qg, consumul curent al stadiului de ieșire al microcircuitului în modul static Is, și scăderea de tensiune în dioda de bootstrap Vbd.

Consumul curent al stadiului de ieșire al microcircuitului poate fi luat cu o marjă de Is = 1mA, iar căderea de tensiune în interiorul diodei trebuie să fie egală cu Vbd = 0,7V. În ceea ce privește tipul de condensator, acesta trebuie să fie un condensator cu un curent de scurgere minim, altfel curentul de scurgere al condensatorului va trebui, de asemenea, să fie luat în considerare. Un condensator de tantal este potrivit pentru rolul de bootstrap, deoarece condensatoarele de acest tip au cel mai mic curent de scurgere de la alte omologi electrolitice.

Exemplu de calcul

Să presupunem că trebuie să selectăm un condensator de bootstrap pentru a alimenta circuitul de control al cheii superioare a unei jumătăți de punte asamblate pe tranzistoarele IRF830 și care funcționează la o frecvență de 50 kHz, iar încărcarea comutatorului porții (tensiunea de control, ținând cont de căderea de tensiune în diodă, va fi de 11,3 V) la această tensiune 30 nC (încărcarea Qg a porții complete este determinată de fișa tehnică).

Lăsați tensiunea să se onduleze pe condensatorul de încărcare să nu depășească dU = 10 mV. Aceasta înseamnă că variația principală de tensiune admisibilă a condensatorului portbagajului într-un ciclu al funcționării cu jumătate de punte ar trebui adusă de doi consumatori principali: microcircuitul în sine și poarta polului de câmp controlat de acesta. Apoi condensatorul va fi reîncărcat prin diodă.

Ciclul de dezvoltare al microcircuitului durează 1/50000 secunde, ceea ce înseamnă că, atunci când este consumat în modul static 1 mA, sarcina disipată de microcircuitul va fi egală cu

Microcircuite Q = 0,001 / 50000 = 20 nC.

Poarta Q = 30 nC.

La întoarcerea acestor sarcini, tensiunea din condensator nu trebuie să se modifice cu mai mult de 0,010 mV. apoi:

SB * dU = microcircuitul Q + poarta Q.

Reset = (circuite Q + poartă Q) / dU.

Pentru exemplul nostru:

Cbt = 60 nl / 0,010V = 6000 nF = 6,0 uF.

Alegem un condensator cu o capacitate de 10 microfaradi 16 V, tantal. Unii dezvoltatori recomandă înmulțirea condensatorului minim cu 5-15, deci probabil este suficient.În ceea ce privește dioda de bootstrap, aceasta trebuie să fie cu acțiune rapidă și să reziste la tensiunea maximă a părții de putere a jumătății de pod ca invers.