Bootstrap-Schaltung für High-Side-MOSFET-Treiber

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

Hinweis 1: Die Eingangsspannungen sind nur$V_{cc}$und$V_\text{High Voltage}$. Sie wenden nichts an$V_{BS}$Knoten. Es dient nur der Repräsentation.
Anmerkung 2: Beachten Sie, dass es zwei verschiedene Arten von Gründen gibt. Diese Erdungen dürfen nicht direkt miteinander verbunden sein.

Sie müssen den MOSFET zwischen seinen Gate- und Source-Anschlüssen treiben. Da die Source-Anschlussspannung eines High-Side-MOSFET schwebend ist, benötigen Sie eine separate Spannungsversorgung (VBS:$V_\text{Boot Strap}$) für die Gate-Treiberschaltung.

Im folgenden Schema ist VCC die Spannungsquelle für den Rest der Schaltung. Wenn der MOSFET ausgeschaltet ist, ist die Masse der Bootstrap-Schaltung mit der Schaltungsmasse verbunden, wodurch sich C1 und C2 auf den Pegel von Vcc aufladen. Wenn das Eingangssignal zum Einschalten des MOSFET ankommt, steigt die Masse der Gate-Treiberschaltung auf die Drain-Spannung des MOSFET an. Die D1-Diode blockiert diese Hochspannung, sodass C1 und C2 die Treiberschaltung während der Einschaltzeit versorgen. Sobald der MOSFET wieder ausgeschaltet ist, füllen C1 und C2 ihre verlorenen Ladungen von VCC wieder auf.

Design-Kriterien:

• RB muss so niedrig wie möglich gewählt werden, um D1 nicht zu beschädigen.
• Die Kapazität von C2 muss ausreichend gewählt werden, um die Treiberschaltung während der längsten Einschaltzeit zu versorgen.
• Die Nennsperrspannung von D1 muss darüber liegen$V_\text{High Voltage} - V_\text{CC}$.

Das Eingangssignal muss von der Bootstrap-Schaltung isoliert werden. Einige mögliche Isolatoren sind:

Optokoppler

Optokoppler ist die grundlegendste Methode zur Isolierung. Sie sind im Vergleich zu anderen Methoden sehr günstig. Die billigen haben Laufzeitverzögerungszeiten von bis zu 3$\mu$s. Die mit weniger als 1$\mu$s Laufzeitverzögerung sind jedoch so teuer wie isolierte Gate-Treiber.

Impulstransformator

Impulstransformator ist ein räumlicher Transformatortyp zur Übertragung von Rechteckimpulsen. Sie haben eine geringere Windungszahl, um parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten zu vermeiden, und größere Kerne, um den Induktivitätsverlust aufgrund der reduzierten Windungszahl zu kompensieren. Sie sind viel schneller als Optokoppler. Die Verzögerungszeiten betragen im Allgemeinen weniger als 100 ns. Das obige Bild dient nur zur Veranschaulichung. In der Praxis reicht der Strom, den sie liefern können, nicht aus, um einen MOSFET schnell anzusteuern; Daher benötigen sie in der Praxis zusätzliche Schaltungen.

Isolierter Gate-Treiber

Isoliertes Gate-Ansteuern ist eine relativ neue Technologie. Die gesamte Komplexität der Gate-Ansteuerung ist in einem einzigen Chip gekapselt. Sie sind so schnell wie Impulstransformatoren, können jedoch einige Ampere Gate-Spitzenstrom liefern. Einige Produkte enthalten auch isolierte DC/DC-Wandler auf dem Chip, sodass sie nicht einmal Bootstrapping benötigen. All diese Superfunktionen sind jedoch mit Kosten verbunden.

Ähm, der IC hat eine interne "Level-Shift" -Schaltung.

Und die Level-Shift-Schaltung vielleicht so, das ist ähnlich wie beim FAN7380:

Die beiden NMOS vor dem Impulsfilter sind relativ zur wahren Masse und das Differenzsignal wird zum Impulsfilter geleitet. Nach Pulse Filter schwimmt der Boden auf$V_{SRC}$, und das Angebot ist$V_{BST}$.

Und unten ist das Blockdiagramm des IR2110 (von International Rectifier AN978-b):