Ein Pfad zum Laden des Kondensators und ein anderer zum Entladen

Mein Beitrag besteht darin, auf eine Schaltung hinzuweisen, die zu Ihrem Titel passt: " Ein Pfad zum Laden des Kondensators und ein anderer zum Entladen ". Dies ist eine Lösung, die üblicherweise verwendet wird, um einen N-Kanal-Mosfet/IGBT in der Konfiguration High-Side (Last geerdet) anzusteuern. Dies vermeidet die Verwendung von P-Kanal-Mosfets, die typischerweise einen höheren RDSon aufweisen. Aber ansonsten ergibt sich eine Komplikation beim Entwerfen von N-Kanal-Gate-Treibern (außer wenn eine Gate-Spannung größer als die Drain-Spannung verwendet wird - eine seltene Situation). Das unten gezeigte Schema verwendet einen Kondensator als "schwebende" Gate-Spannung für den Mosfet. Diese Lösung ist bereits in die meisten kommerziellen Gate-Treiber integriert (wählen Sie ein bestimmtes Datenblatt und beachten Sie das Vorhandensein der Diode und des Kondensators um die Komponente herum). Motorsteuerung und Leistungswandlung sind typische Anwendungen.

Hinweis: Als ich anfing zu antworten, hatte der Autor die Frage noch nicht um die letzte Figur ergänzt (ich habe mir etwas Zeit genommen, meine Figuren zu zeichnen). Die Webseite wird beim Bearbeiten nicht aktualisiert. Ich schreibe dies, damit der Leser nicht denkt, ich hätte diese Idee einfach wiederholt. Es passiert in Foren.

Sie können den Circuitlab-Simulator verwenden, um zu sehen, was passieren wird (es ist eine webbasierte SPICE-Simulation).

Ich habe nicht versucht, Ihre Schaltung zu simulieren, da sie nicht so funktioniert, wie Sie sagen, dass sie funktioniert, aber ich habe die Entladung eines 10-uF-Kondensators durch einen gemeinsamen Transistor simuliert. Es wird zunächst auf 12 V aufgeladen und der Transistor entlädt es bei t = 1 ms.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Das Ergebnis war das unten gezeigte Diagramm (ich habe eine transiente Simulation für 2 ms mit einem 1-usec-Schritt durchgeführt). Sie können den Eingang aus der 0/12-V-Rechteckwelle (orange) und der Spannung am Kondensator (cyan) sehen. Der Transistor wirkt wie eine Konstantstromsenke, bis die Spannung am Kondensator deutlich unter ein Volt fällt.

Die Spannung am Kollektor fällt in 600 us um 10,2 V ab, sodass der Strom 170 mA betragen muss. Das ist ein wenig zu hoch für die Gesundheit des 2N3904 und zeigt eine Stromverstärkung von etwa 150 an, da der Basisstrom etwa 1,14 mA beträgt.

Wie Sie sehen können, verhält sich der Transistor also überhaupt nicht wie ein Widerstand. Die Kurve ist fast eine perfekte Neigung nach unten (zumindest in der Simulationswelt ist die Impulslänge im wirklichen Leben lang genug und die Verlustleistung hoch genug, die Neigung könnte sich nach unten krümmen, wenn sich der Chip erwärmt, noch mehr anders als die exponentielle Entladung, die Sie ' d mit einem Widerstand).

Bearbeiten: Mit dem hinzugefügten Diagramm ist klar, dass dies ein Bootstrap- (dynamischer) Gate-Treiber ist. Vielen Dank, dass Sie das Original hinterlassen haben, damit es nicht so aussieht, als wäre jeder, der auf den ersten Beitrag geantwortet hat, verrückt geworden.

Der Low-Side-MOSFET (mit dem Lastwiderstand) fungiert als Spannungsquelle, wenn er eingeschaltet ist, sagen wir 0,2 V. Das liegt daran, dass es (normalerweise) eine große Last hat, die als Spannungsteiler mit einem sehr kleinen Rds (on) fungiert. Als Näherung könnte man sagen, dass es nahe an 0 V liegt.

Die 10uF-Kappe wird von der Stromversorgung über die Diode aufgeladen. Der Anfangsstrom wird wahrscheinlich eher durch die Stromversorgung als durch den Diodenabfall oder den MOSFET begrenzt. Wie Joe Hass sagte, müssen Sie also an eine Impedanz der Stromversorgung (Serienwiderstand usw.) denken, um sich vorzustellen, wie sie startet. Sobald die 10uF-Kappe aufgeladen ist , muss sie nur in jedem PWM-Zyklus etwas nachgefüllt werden.

Der Kondensator entlädt sich etwas vom 470R-Widerstand, aber normalerweise wäre das nur während der Totzeit, wenn beide MOSFETs ausgeschaltet sind. Es würde sich auch beim Laden des Gates des High-Side-MOSFET etwas entladen, aber das passiert nur einmal pro Schaltzyklus (dann wird es während der Low-Zeit aufgeladen).

Diese Art von Gate-Treiber muss kontinuierlich angesteuert werden, damit sie funktioniert (oder zumindest niedrig angesteuert wird, wenn sie in einem Zustand sitzen soll), und der 10-uF-Kondensator hat eine nahezu konstante Spannung, selbst wenn ein riesiger MOSFET angesteuert wird. Ein großer MOSFET kann eine Gate-Ladung von 250 nC haben, was einer Änderung von etwa 25 mV in der 10-uF-Kappe entspricht. Wenn Sie es im hohen Zustand belassen, wird die Gate-Spannung wahrscheinlich abfließen und der High-Side-MOSFET wird linear, was zu Rauch und schlechten Dingen führt. Kommerzielle Treiber haben eine Unterspannungssperrschaltung (UVLO), die dies verhindern soll.

Die Größe des Bootstrap-Kondensators ist nicht sehr wichtig, solange er groß genug ist, um die Gate-Ladung des High-Side-MOSFET, Streukapazitäten und alle in einem PWM-Zyklus auftretenden Leckagen abzudecken (normalerweise kein großer Faktor). 10uF ist ein vernünftiger Kompromiss, da es sich um einen physikalisch kleinen Elektrolyt- oder sogar einen Keramikkondensator handelt und wahrscheinlich eine viel kleinere Kapazität als der Netzteilfilter hat, sodass Ihre Versorgung nicht unterbrochen und die Diode nicht zu stark belastet wird, wenn der Low-Side-MOSFET einschaltet . Wahrscheinlich würden 1uF oder 100uF in vielen Fällen auch funktionieren.

Es gibt eine Reihe von Problemen mit Ihrer Schaltung, die Sie zuerst lösen müssen. Damit sich der Kondensator entladen kann, muss ein vollständiger Stromkreis vorhanden sein, da der Strom, der aus einem Kondensatoranschluss fließt, genau mit einem Strom übereinstimmen muss, der in den anderen Anschluss fließt. Daher kann der Kondensator nicht entladen werden, es sei denn, Q1 und Q2 sind beide leitend. Sie können den Kondensator jedoch immer noch nicht entladen, da weiterhin Strom von der 12-V-Versorgung durch die Diode fließt und somit der Kondensator aufgeladen bleibt.

Um wirklich zu verstehen, wie die Schaltung funktionieren könnte, müssen Sie die "realen" Eigenschaften der Stromversorgung, wie z. B. einen effektiven Serienwiderstand, berücksichtigen. Sie müssen auch verstehen, wie ein Transistor funktioniert, um zu wissen, wie viel Strom vom Kollektor zum Emitter fließt, wenn er "offen" ist.

Verwenden Sie die zeitabhängige Gleichung für eine RC-Kreisspannung, lösen Sie nach t auf. (Siehe rc-Zeitkonstante auf Wikipedia) Sie können die Spannung erhalten, indem Sie den Spannungsabfall der Diode + den Spannungsabfall des eingeschalteten Transistors von der Versorgungsspannung subtrahieren.