Steuern der Basis eines N-Kanal-MOSFET auf der High-Side einer Schaltung

Mit Hilfe einiger anderer Mitglieder der Site konnte ich kürzlich eine Gate-Treiberschaltung für einige MOSFETs konstruieren. Ich habe N-Kanal-MOSFETs auf der "Low-Side" einer Schaltung betrieben. Dies bedeutet, dass die Quelle mit +0 VDC oder Masse des Stromkreises verbunden war. Ich habe ein Emitterfolgerpaar verwendet, das aus 2N3904- und 2N3906-Bipolartransistoren aufgebaut ist.

Angenommen, ich möchte eine Schaltung bauen, die einen N-Kanal-MOSFET auf der hohen Seite einer Schaltung schaltet, glaube ich, dass ich auch ein Emitterfolgerpaar verwenden kann, um das Gate des MOSFET zu steuern. Das erste Hindernis besteht darin, eine Spannung zu erhalten, die hoch genug ist, um das Gate zu steuern. Da die Source des MOSFET an der Versorgungsspannung liegt, brauche ich eine Spannung, die höher als die Versorgungsspannung ist. Für die meisten MOSFETs ist eine Vgs von +10 VDC ausreichend. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun. In meinem Schaltplan gehe ich nur davon aus, dass +10 VDC über der Versorgungsspannung verfügbar sind.

Die Basen des Emitterfolgerpaares müssen auf eine Spannung getrieben werden, die an einem der Kollektoren vorhanden ist. Das bedeutet also Vs oder Vs + Vgs für ein Emitterfolgerpaar, das einen N-Kanal-MOSFET auf der hohen Seite steuert.

Angenommen, meine Versorgungsspannung ist etwas hoch wie + 100 VDC . Ich werde dies der Einfachheit halber Vp nennen .

Jedes Steuersignal, das ich für den MOSFET erzeuge, liegt auf Mikrocontroller-Logik- und Strompegeln. Entweder +5 VDC oder +0 VDC bei nicht mehr als 40 mA . Eine Ansteuerung der Basen des Emitterfolgerpaares mit diesem Signal würde nicht das gewünschte Ergebnis liefern. Daher ist eine Umwandlung dieses Logikpegelsignals erforderlich.

Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, die Basen des Emitterfolgerpaars über einen Widerstand mit der Gate-Treiberspannung zu verbinden. Dann kann ein anderer Transistor verwendet werden, um die Basen auf niedrig zu ziehen, um den Zustand des Gates umzuschalten.

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

Der Kondensator C1 dient nur zum Filtern

Diese Schaltung sollte dazu führen, dass Vgs unabhängig vom Zustand von Q1 und Q2 +10 VDC oder 0 VDC beträgt . Die Basen von Q1 und Q2 könnten jedoch am Ende eine Spannungsdifferenz sehen, die gleich der Versorgungsspannung oder größer ist, wenn Q3 durch den Takt in die Sättigung getrieben wird. Insbesondere Q1 würde eine Spannungsdifferenz von 110 VDC zwischen der Basis und dem Kollektor sehen. Gleichzeitig würde die Basis-Emitter-Spannung von Q2 aufgrund der Ladung im Gate 110 VDC betragen .

Um dies zu verhindern, habe ich R4 hinzugefügt . Wenn die Uhr niedrig ist, gibt es nicht genug Strom in R4 , um eine Rolle zu spielen. Wenn die Uhr hoch ist, ist Q3 gesättigt. Die Kombination aus R2 und R4 bildet nun einen Spannungsteiler. Dies schien die naheliegendste Lösung zu sein.

Fragen

1. Ist das Spannungspotential zwischen den Basen, wenn Q3 gesättigt ist, überhaupt ein Problem? Der Widerstand R1 würde den Strom begrenzen und die Ladung des Gates ist nicht sehr groß.

2. Begrenzt das Vorhandensein von R4 die Schaltgeschwindigkeit der Schaltung?

3. Soll ich den Transistor Q3 einfach durch einen Optokoppler ersetzen ? Der Optokoppler wäre mit dem Kollektor von Q2 und der Source des N-Kanal-MOSFET verbunden. Welche Werte auf dem Datenblatt vergleiche ich zwischen meinem MOSFET und dem Optokoppler, um sicherzustellen, dass dies nicht der begrenzende Faktor ist?

Aktualisierung 1

Es scheint, als wäre diese Schaltung sicherer, verwendet jedoch einen zusätzlichen PNP-Transistor. Ich bin mir nicht sicher, ob R3 erforderlich ist, kann aber den von der Schaltung benötigten Gesamtstrom reduzieren, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}