Ist es sicher, Bootstrap-Kondensatoren mit einer Ladungspumpe "aufzufüllen"?

Dieses Dokument von TI beschreibt ein Verfahren, das die Verwendung von N-Kanal-Bootstrapping-MOSFETs bei hohen Arbeitszyklen ermöglicht, indem der Bootstrap-Kondensator mit einer externen Ladungspumpe getrennt vom Gate-Treiber-IC "aufgefüllt" wird.

Meine Frage ist: Würde dies nicht das Risiko darstellen, die Vgs-Bewertung des MOSFET zu überschreiten? Angenommen, die maximale Gate-Source-Spannung an einem FET beträgt 16 V und er wird als High-Side-Schalter an einer 12-V-Last verwendet. Ihr durchschnittlicher Gate-Treiber-IC verdoppelt (ungefähr) die 12 V auf 24 V, was zu einem Vgs von 12 innerhalb der Nennleistung des FET führt. Angenommen, man schließt nun einen ständig laufenden Spannungsverdoppler an die hohe Seite des Bootstrap-Kondensators an. Anstelle des Bootstrap-Mechanismus, der die 12 V verdoppelt, verdoppelt er jetzt die 24 V, die vom externen Verdoppler kommen, was zu einer Vgs von 36 V führt.

Ist das so oder verstehe ich etwas falsch? Gibt es eine einfache Möglichkeit, dies zu mildern? Das einzige, woran ich denken kann, ist, die Ladungspumpe zu deaktivieren, wenn (wahrscheinlich kurz bevor) der High-Side-Schalter ausgeschaltet wird, was sich nach einem Schmerz anhört.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

(Beachten Sie, dass der Gate-Treiber, mit dem ich arbeite, die Bootstrap-Diode eingebaut hat, daher fehlt er im Schaltplan.)

Wenn es hilft, hier sind die spezifischen Teile, die ich verwenden möchte:

(Ja, das ist für eine H-Brücke, nicht nur für einen High-Side-Schalter. Ich bin nur verwirrt über den Bootstrapping-Teil davon.)

Eine andere mögliche Lösung, an die ich dachte, besteht darin, C1 von der Quelle von M1 zu trennen und sich allein auf die Ladungspumpe zu verlassen, um die Spannung zu liefern. Aber dann verliere ich den Vorteil des hohen Spitzenstromantriebs des Gate-Treiber-ICs, um das Gate schnell aufzuladen, richtig? Ich weiß auch nicht, ob die interne Schaltung des IC davon abhängt, dass dieser angeschlossen ist
Ich kann meinen Kommentar anscheinend nicht bearbeiten. Ich wollte C1 von der Quelle von M1 trennen und stattdessen mit Masse verbinden.
eh? nicht ganz. Die Verdoppelung funktioniert durch Hinzufügen von 12 V über C1 zu V + (über die interne Diode, die in Abb. 4 des MIC4606-Datenblatts zu sehen ist. Mit der Ladungspumpe bei 24 V würden Sie 12 V von C1 zu 24 V hinzufügen, für insgesamt 36 V, 24 V Vgs (- Verluste).

Antworten (2)

Ein bisschen Haushaltsführung: Der von Ihnen gefundene Ladepumpenregler (LM2767) ist nur bis zu einer VCC von 12 V gut. Ich habe schnell gesucht, und ich konnte keinen finden, der funktioniert. Aber das ist ein kleines Detail. Ich gehe zu Ihrer Hauptfrage über, vorausgesetzt, Sie können diese 24 VDC erzeugen.

Wenn Sie 24 V wie gezeichnet zur Verfügung haben, werden der Gate-Treiber und der Top-Leistungs-MOSFET in einem Wettlauf darum kämpfen, welcher zuerst explodiert. Ihr Gate ist für 20 V und Ihr Gate-Treiber für 16 V ausgelegt, was bedeutet, dass der Gate-Treiber beim ersten Ausschalten des High-Side-Geräts durchbrennt. Wenn der Gate-Treiber nicht durchbrennt, wird das Gate, sobald der Gate-Treiber die vollen 24 V an das Gate legt.

Meine erste Frage an Sie lautet: "Sind Sie wirklich sicher, dass Sie einen Boost für Ihren Bootstrap-Kondensator benötigen?" Wenn Sie sich die MOSFETs ansehen, sehen Sie keine signifikante Abnahme des Rds (on) über 7 V. Sehen wir uns also an, wie lange es dauert, von Ihrer vollständig aufgeladenen Bootstrap-Spannung auf 7 V zu sinken (und Sie können bei Bedarf niedriger berechnen). Aus dem Datenblatt Ihres Gate-Treibers geht hervor, dass der Ruhestrom 35 µA bei 12 V Nennspannung beträgt, was zu 35 μ A = C 5 v T Ö N oder T Ö N = C 5 v 35 μ A was etwa 142 ms pro 1 µF Kapazität ergibt. Wenn Sie die Spannung über einen längeren Zeitraum (mehrere Sekunden) hoch halten, ist ein Boost erforderlich.

Da Sie nur wenig Strom benötigen, können Sie möglicherweise einen Widerstand (z. B. 100 kΩ) in Reihe mit Ihrer 24-V-Quelle und eine 12-V-Zenerdiode über Ihren High-Side-FET schalten.

Eine weitere Option besteht darin, einen High-Side-PNP so einzustellen, dass er sich einschaltet, wenn Ihr Ausgang hoch ist.

Eine weitere Option kann ein kleiner Aufwärtswandler (Ladungspumpe oder Induktor) sein, der aktiviert wird, wenn der Ausgang hoch ist.

Der einfache Weg, dieses Problem „einfach in den Griff zu bekommen“, besteht darin, einen isolierten DC-DC-Wandler zu beschaffen, der eine dedizierte High-Side-Quelle bereitstellt, obwohl dies auch die teuerste Option ist.

Ich versuche nicht, Rds(on) zu reduzieren. Ich versuche, den High-Side-MOSFET auf unbestimmte Zeit (oder für hohe Arbeitszyklen) eingeschaltet zu lassen, daher benötige ich eine Art externen "Pump" -Mechanismus, um den Bootstrap-Kondensator in diesem Fall aufgeladen zu halten.
Lesen Sie Ihre Antwort jetzt sorgfältiger durch. Ich wusste nicht, dass Bootstrap-Kondensatoren so lange halten können. Ich hatte gehofft, den High-Side-Schalter unbegrenzt aktivieren zu können, aber alle 100 ms oder so kurz auspulsen zu müssen, ist in meiner Anwendung definitiv akzeptabel. Danke!
@dn3s In Bezug auf die Reduzierung von Rds (on) war dies nur eine Annahme, die gemacht wurde, um einen akzeptablen Spannungsabfall an Ihrem Gate-Treiberkondensator auszuwählen. Sie können mit der Kapazität nicht zu weit gehen, Sie brauchen auf jeden Fall einen guten (z. B. Keramik-) Kondensator für Ihren Bootstrap.
gut zu wissen. Ich kann mit diesen Berechnungen etwas schlampig sein, also sollten 10 uF sicher sein?
@dn3s Sieht für etwa 1s vernünftig aus. Sie sollten in der Lage sein, keramische 10-µF-Kappen bei 25 V ziemlich einfach zu bekommen

Der Anwendungshinweis von TI befasst sich mit dem Problem, dass „selbstgepumpte“ Bootstrap-Schaltungen eine Obergrenze für das Tastverhältnis haben, da der High-Side-Bootstrap-Kondensator Zeit zum Aufladen benötigt. Es wird also eine separate Ladungspumpe hinzugefügt, die die Bootstrap-Schaltung übernimmt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein(auch Abb.4 im App-Hinweis )

Die Sorge, die Nennspannung für V GS zu überschreiten , ist berechtigt. Das Gate des MOSFET kann die Ladungspumpenspannung sehen, wenn D < 1. Beachten Sie, dass der Ladungspumpenverdoppler in der App-Notiz vom +3,3-V-Ausgang gespeist wird, sodass er eine bescheidene Spannung erzeugt.

Ist es sicher, Bootstrap-Kondensatoren mit einer Ladungspumpe "aufzufüllen"?
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