High-Side-MOSFET-Treiber

Ich bin mit der Bootstrap-Schaltung und ihrem Entwurfsverfahren vertraut. Die Schritte beinhalten:

a) Ermitteln Sie den Qg des MOSFET bei den Vgs, die Sie betreiben möchten (z. B. Vgs = 15 V, Qg = 150 nC). Ermitteln Sie als Nächstes den Strom, der vom Gate-Treiber-IC selbst verbraucht wird (z. B. 3 mA). Kennen Sie auch die Frequenz des PWM-Eingangs (fs = 100 kHz, ts = 10 us) und das Tastverhältnis (D = 90 %, Ton = 9 us).

Also die Gesamtladung, die von der Bootsstrap-Kappe benötigt wird. wäre: 150n + (3m*9u) = 177nC

b) Der nächste Schritt beinhaltet die Berechnung des Werts der Bootstrap-Kapazität (CB), basierend auf UVLO. Nehmen wir an, wir wollen nicht, dass die Spannung unter 14 V abfällt.

CB = 177n/(15-14) = 177nF

c) Stellen Sie schließlich sicher, dass der CB mit 177nC Ladung in 1us (dh D'*ts) aufgefüllt wird. Daher ist der Strombedarf an der Quelle (die Quelle, die mit der Bootstrap-Diode verbunden ist):

Ich = 177n/1u = 177mA

Nun gibt es, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, auch die Möglichkeit, anstelle der Bootstrap-Diode einen isolierten DC-DC-Wandler zu verwenden:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die meisten SMD/SMT-DC/DC-Wandler, auf die ich gestoßen bin (Mouser-Liste der isolierten DC-DC-Wandler) haben im Allgemeinen eine Nennleistung von 1 W oder 2 W. Wenn Sie einen auswählen, der eine Ausgangsspannung von 15 V hat, erhalten Sie einen Ausgangsstrom von etwa 66 mA. Was für die oben aufgeführten Berechnungen nicht gut genug ist. Natürlich gibt es in diesem Fall kein Szenario, in dem die Obergrenze überschritten wird. C1 muss die gesamte Last selbst tragen (da sich der DC-DC-Wandler im Gegensatz zur Bootstrap-Topologie nie von der Kappe trennt).

Meine Frage ist:

1) Wenn ein DC-DC-Wandler von 1 W ausgewählt wird (dh Iout = 66 mA) und derselbe MOSFET mit Qg = 150 nC ausgewählt wird, um bei 100 kHz zu arbeiten, D = 90 %, funktioniert die Schaltung? (Vergessen Sie auch nicht den Gate-Treiber, der 3 mA verbraucht)

Der DC-DC-Wandler kann insgesamt 66 mA für alle ts = 10 us liefern, also Q = 66 m * 10 u = 660 nC. Das ist mehr als genug! Aber ist es so einfach?

2) Was sind auch die Designbeschränkungen für C1?

Ohne alles sorgfältig durchzugehen, haben Sie einen schrecklichen Fehler gemacht. Sie sollten für Ihre Bootstrap-Schaltung keine 177 mA benötigen. Der größte Teil der zugeführten Leistung würde im Gate des Transistors abgeführt. Ich kann nicht glauben, dass Sie mehrere Watt im Transistorgate verbrauchen müssen, nur um bei 100 kHz zu schalten.
Die meisten Datenblätter und Anwendungshinweise schlagen die von mir erwähnte Berechnung vor (ON Semi, Silicon Labs usw.). Das ist normalerweise, wie das Design geht. Ich glaube nicht, dass es einen "schrecklichen Fehler" gibt. Übrigens, es sind nicht 177 mA Dauerstrom. Strom, nur für eine Mikrosekunde.
Nun, Ströme im Mikrosekundenbereich können von der Ausgangskappe des Reglers geliefert werden. Stellen Sie einfach sicher, dass die Ausgangskappe viel größer ist als die Bootstrap-Kappe (sagen wir 50x bis 100x) und stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung mit einer Kappe dieser Größe in Ordnung ist. Dann muss das Netzteil wirklich nur noch den durchschnittlichen Strom liefern.
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Antworten (1)

Wenn Sie eine schwebende Versorgung für den High-Side-Antrieb verwenden, können Sie dies handhaben, indem Sie die Versorgung für den durchschnittlichen Strom dimensionieren und sicherstellen, dass C1 viel größer als Cgs ist. Wenn der Treiber den FET einschaltet, kann die Stromversorgung nicht schnell genug reagieren, um den benötigten Strom zu liefern. Die gesamte an das Gate übertragene Ladung kommt sofort von C1 (wahrscheinlich viel weniger als 1 us, die Sie angegeben haben). Das Ziel hier ist sicherzustellen, dass der momentane Abfall von C1 vernachlässigbar ist (z. B. 1 % oder 5 % des Reglerausgangs). Das bedeutet, dass C1 ungefähr das 20-fache (5 % Abfall) bis 100-fache (1 % Abfall) von Cgs betragen sollte.

Was ist nun der durchschnittliche Strom? Wenn ich es richtig verstehe, beträgt der durchschnittliche Strom nach Ihrer Berechnung 3 mA * D + 150 nC * 100 kHz. Also nur 18mA.

Die einzige andere Sache, die Sie überprüfen müssen, ist, dass die Versorgung mit dem von Ihnen gewählten Wert von C1 korrekt funktioniert. Die Dokumentation sollte dies darlegen. Außerdem hat die Versorgung höchstwahrscheinlich einen eingebauten Ausgangskondensator. In Wirklichkeit muss C1 also möglicherweise nicht so groß sein. Aber wenn die Versorgung über Drähte mit der Platine verbunden ist, würde ich C1 trotzdem in der Nähe des Treibers hinzufügen wollen.

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