Wie wird die Bootstrap-Kondensatorspannung zur Quellenspannung addiert?

Schaltplan unten ist ein High-Side-n-Kanal-Mosfet mit Bootstrap (während C1 entladen wird)

Es heißt, dass nach dem Laden des Bootstrap-Kondensators:

Der obere Optokoppler opt1 wird für 1 s eingeschaltet und der untere Optokoppler Opt2 bleibt für 1 s ausgeschaltet. Der Kondensator C1 versucht nun, die 12 V darüber aufrechtzuerhalten, und dies erhöht die Quellenspannung auf 12 V. Dadurch wird die Diode D1 in Sperrrichtung vorgespannt, da ihre Kathodenspannung nun 24 V beträgt, um die 12 V über dem Kondensator aufrechtzuerhalten. Der Kondensator C1 beginnt sich nun über den oberen Optokoppler Opt1 zu entladen und das Gate des MOSFET Q1 entwickelt 24 V.

ABER ich kann nicht verstehen, wie die 12 Volt von der Quelle zu den 12 Volt des geladenen Kondensators addiert werden. Ich meine, zum Zeitpunkt des Entladens ist der Kondensator nicht in Reihe mit der 12-Volt-Quelle. (Es scheint mir, dass der Kondensator und die Quelle parallel zum Gate des Mosfet liegen)

Ich denke, der Strom summiert sich, aber nicht die Spannung. Wie wird die Quellenspannung zur Kondensatorspannung addiert, um 24 V zu werden?

Quelle: https://www.engineersgarage.com/contributions/driving-high-side-mosfet-using-bootstrap-circuitry-part-17-17/ Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der geladene ("große") Kondensator verhält sich wie eine Spannungsquelle. Wenn VC = 12 V und zu Beginn, wenn der MOSFET die Quellenspannung einschaltet, beispielsweise Vs = 1 V, beträgt die Spannung an der Kathode von D1 12 V + 1 V = 13 V, sodass die Quellenspannung jetzt 13 V - Vgs = 10 V und die Kathodenspannung von D1 beträgt ist 10V +12V = 22V
Woher kommen 10V?
Welches Opto ist OPT1? Wenn C1 eine Batterie wäre, würden Sie die Schaltung verstehen?
Es ist das obere
Ich bin mir nicht sicher, ob ich es richtig verstanden habe: Die 12 Volt vom Kondensator gehen alle an Vgs, während die 12 Volt von der Hauptquelle alle an den Lastwiderstand gehen, also ist es alles in allem so, als ob eine Spannung von anliegt 24 V am Gate des MOSFET. (ist das richtig?)
Verstehen Sie, wie diese Bootstrap-Schaltung funktioniert? Warum sieht die LED für kurze Zeit 3 ​​V? electronic.stackexchange.com/questions/338838/…
@ G36 Sobald Schalter A gedrückt wird, sind Batterie und Kondensator in Reihe, sodass sich die Spannung auf 3 V summiert, richtig? Aber in meinem Diagramm wird C1 beim Entladen nicht in Reihe zur Quellenspannung liegen
Ja, aber es wird mit dem Lastwiderstand in Reihe geschaltet
@G36 Der Kondensator ist in Reihe mit dem Lastwiderstand, wenn er sich entlädt? Ich dachte, die Ladung vom Kondensator würde nur die Schleife (roter Pfeil) umkreisen und den Widerstand nicht erreichen
Schauen Sie hier i.stack.imgur.com/WhPwy.png Zum Zeitpunkt t0 beträgt die Gate-Spannung Vcc = 12 V und die Lastspannung VL = 12 V - Vgs = 12 V - 4 V = 8 V, aber weil wir einen geladenen Kondensator parallel dazu haben Vgs. Die Spannung an der D1-Kathode springt sofort auf Vc + VL = 12 V + 8 V = 20 V und gleichzeitig springt die Lastspannung von 8 V auf 12 V und Vc + VL = 24 V
Okay, jetzt verstehe ich es. Ich denke auch, dass dies funktionieren wird, selbst wenn R4 nicht vorhanden ist, da die gesamte Ladung von C1 immer noch zur Gate-Source des MOSFET geht, habe ich recht?
R4 spielt in der Bootstrap-Quelle keine wirkliche Rolle, er dient dazu, ein "falsches Einschalten" zu vermeiden. Dieser Widerstand entlädt jede Ladung, die sich am Gate des Mosfet ansammeln kann (er hat eine parasitäre Kapazität). Wenn das Gate Floating, OPT1 und OPT2 aus/offen und R4 getrennt bliebe, könnte sich angesichts der geringen Leckage und der hohen Impedanz des Gates des Mosfets eine statische Aufladung entwickeln und dazu führen, dass sich der Mosfet "zufällig" einschaltet.

Antworten (2)

Die Optokoppler sind nur Ihre Ein- und Ausschalter.

Sie benötigen einen Bootstrap-Kondensator, weil Sie versuchen, einen N-Kanal-Mosfet auf der hohen Seite anzusteuern, und daher benötigen Sie eine Spannung zwischen Gate und Source des Mosfet, die größer als sein Schwellenwert ist.

Wenn der Mosfet eingeschaltet ist, senden Sie 12 V an die Last, und daher liegt der Knoten zwischen Quelle und Last bei ~ 12 V. Um den Mosfet eingeschaltet zu halten, benötigen Sie eine Spannung über 12 V.

Beachten Sie, wie sich der Kondensator (Minuspol) am Knoten zwischen der Last und der Quelle des Mosfet befindet.

  1. Wenn der Mosfet ausgeschaltet ist und der untere Optokoppler eingeschaltet ist, wird der Kondensator durch die Last und teilweise durch den Optokoppler auf ca. 12 V aufgeladen.

  2. Wenn Sie den Mosfet einschalten, schalten Sie den oberen Optokoppler ein.

    A. der Kondensator liefert eine Spannung an das Gate in Bezug auf die Source über dem Schwellenwert.

    B. Der Mosfet schaltet sich ein und der Knoten an der Quelle des Mosfets steigt auf ~ 12 Volt

    C. Die Spannung zwischen dem Gate und der Source des Mosfets ändert sich nicht, da sie vom Kondensator bereitgestellt wird, aber wenn Sie die auf gnd bezogene Spannung beobachten würden, steigt die Spannung, unabhängig davon, was der Spannungsabfall an der Last als "Offset" liefert. .Wenn Sie die auf Masse bezogene Gate-Spannung messen, messen Sie zwei Dinge: Vgs + Vload. Damit der Mosfet eingeschaltet bleibt, muss Vgs nur über seinem Schwellenwert liegen, der Kondensator liefert diese "bootstaped" / "floating" Spannungsquelle.

    D. In Bezug auf gnd haben Sie also zunächst einen Wert über 12 V, idealerweise 12 V + 12 V, der sich langsam über die Widerstände R3 und R4 und den Rückwärtsleckstrom der Diode entlädt. Wenn Sie schnell schalten, werden Sie nicht einmal eine Entladung bemerken.

  3. Sie schalten den Mosfet aus und die Spannung des Mosfet-Quellknotens geht zurück auf Gnd und der Bootstrap-Kondensator wird wieder aufgeladen, unabhängig von der Ladung, die er verloren hat.

Zyklus wiederholt.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich es richtig verstanden habe: Die 12 Volt vom Kondensator gehen alle an die Vgs, während die 12 Volt von der Quelle alle an den Lastwiderstand gehen, also ist es insgesamt so, als ob eine Spannung von 24 V anliegt am Gate des MOSFET.
Der Schlüssel ist, wo Sie die Spannung beziehen. Mosfet Vgs (Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source des Mosfets) geht nicht über 12 V. Die Spannung am Gate des Mosfets bezogen auf Masse ist der Spannungsabfall an Ihrer Last + die Spannung des Kondensators. Die Spannung an der Quelle des Mosfets bezogen auf Masse beträgt ~ 0, wenn der Mosfet ausgeschaltet ist, und ~ 12 V, wenn der Mosfet eingeschaltet ist.

Dies ist eine kleine Vereinfachung. Wenn der Schalter geöffnet ist (ohne Berücksichtigung Ihres Lastwiderstands), beträgt die Spannung von Drain zu Source an Q1 12 V, die Spannung an der Source ist mehr oder weniger 0. Sagen Sie jetzt, Sie schließen diesen Optokoppler. Q1 benötigt zum Einschalten sehr wenig Strom (nur genug, um die Gate-Kapazität aufzuladen), sodass die Kappe ziemlich voll bleibt, AKA, es hat immer noch 12 V. Wenn der Schalter jedoch geschlossen ist, liegt dieser Quellknoten jetzt bei 12Vish. Da die Kappe immer noch geladen ist und 12 V an ihrer "niedrigen" Seite anliegen, liegt die Kappe jetzt auf 24 V bzgl. Masse.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich es richtig verstanden habe: Die 12 Volt vom Kondensator gehen alle an die Vgs, während die 12 Volt von der Quelle alle an den Lastwiderstand gehen, also ist es insgesamt so, als ob eine Spannung von 24 V anliegt am Gate des MOSFET.
Nicht ganz. Zeichnen Sie Ihre Schaltung ohne den FET neu. Sie sehen, dass sich die Kappe auf 12 V füllt, sie ist jetzt aufgeladen. Wenn Sie diesen FET einschalten, liegen die 12 V von Ihrer Quelle jetzt an der Quelle des FET (direkt am Lastwiderstand). Da sich die Kappe nirgendwo entladen konnte, liegt sie immer noch bei 12 V. Die Cap-Spannung ändert sich nicht! Das einzige, was sich ändert, ist, dass Sie jetzt die 12 V von der Quelle wieder "hinzufügen". Ich mag die Antwort von @Andy aka. Stellen Sie sich die Kappe als Batterie vor und es wird mehr Sinn machen.
Wie wird die Bootstrap-Kondensatorspannung zur Quellenspannung addiert?
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