Condensatore di bootstrap in un circuito di controllo a mezzo ponte

Circuiti integrati - driver half-bridge, come ad esempio IR2153 o IR2110, comportano l'inclusione nel circuito generale di un cosiddetto condensatore bootstrap (separato) per l'alimentazione indipendente del circuito di controllo chiave superiore.

Mentre il tasto inferiore è aperto e conduce corrente, il condensatore di bootstrap è collegato tramite questo tasto di fondo aperto al bus di alimentazione negativo, e in questo momento può ricevere la carica attraverso il diodo bootstrap direttamente dalla fonte di alimentazione del driver.

Quando la chiave inferiore è chiusa, il diodo bootstrap smette di fornire carica al condensatore bootstrap, poiché il condensatore è disconnesso dal bus negativo nello stesso momento e ora può funzionare come fonte di energia flottante per il circuito di controllo del gate della chiave semiponte superiore.

Tale soluzione è giustificata, poiché l'energia spesso richiesta per la gestione delle chiavi è relativamente ridotta e l'energia consumata può semplicemente essere periodicamente reintegrata dall'alimentazione a bassa tensione del conducente direttamente durante il funzionamento dell'unità di potenza. Un esempio lampante è lo stadio di uscita a bassa frequenza di quasi tutti gli inverter a bassa potenza 12-220.

Per quanto riguarda la capacità del condensatore bootstrap, non dovrebbe essere né troppo grande (per poter ricaricare completamente in tempo mentre il tasto inferiore è aperto) e non troppo piccolo in modo da non solo scaricare in anticipo gli elementi del circuito, ma anche essere in grado di contenere costantemente una quantità sufficiente caricare senza una caduta di tensione evidente, in modo che questa carica sia più che sufficiente per il ciclo di controllo della chiave superiore.

Pertanto, nel calcolare la capacità minima di un condensatore di bootstrap, vengono presi in considerazione i seguenti parametri significativi: la carica di gate del tasto superiore Qg, il consumo corrente dello stadio di uscita del microcircuito in modalità statica Is e la caduta di tensione attraverso il diodo di bootstrap Vbd.

Il consumo di corrente dello stadio di uscita del microcircuito può essere preso con un margine di Is = 1mA e la caduta di tensione attraverso il diodo dovrebbe essere presa pari a Vbd = 0,7V. Per quanto riguarda il tipo di condensatore, deve essere un condensatore con una corrente di dispersione minima, altrimenti dovrà essere presa in considerazione anche la corrente di dispersione del condensatore. Un condensatore al tantalio è adatto per il ruolo di bootstrap, poiché condensatori di questo tipo hanno la più piccola corrente di dispersione da altre controparti elettrolitiche.

Esempio di calcolo

Supponiamo di dover selezionare un condensatore bootstrap per alimentare il circuito di controllo chiave superiore di un semiponte assemblato su transistor IRF830 e che opera a una frequenza di 50 kHz e che la carica dell'interruttore di gate (la tensione di controllo, tenendo conto della caduta di tensione attraverso il diodo, sarà di 11,3 V) a questa tensione 30 nC (la carica di gate completa Qg è determinata dalla scheda tecnica).

Lasciare che la tensione sul condensatore del bootstrap non superi dU = 10 mV. Ciò significa che la principale variazione di tensione consentita sul condensatore di bootstrap in un ciclo dell'operazione a mezzo ponte dovrebbe essere portata da due consumatori principali: il microcircuito stesso e il gate del polo di campo da esso controllato. Quindi il condensatore verrà ricaricato attraverso il diodo.

Il ciclo di sviluppo del microcircuito dura 1/50000 secondi, il che significa che se consumato in modalità statica 1 mA, la carica dissipata dal microcircuito sarà

Q microcircuiti = 0,001 / 50000 = 20 nC.

Q gate = 30 nC.

Quando si restituiscono queste cariche, la tensione attraverso il condensatore non dovrebbe cambiare di oltre 0,010 mV. poi:

SB * dU = microcircuito Q + Q gate.

Reset = (circuiti Q + Q gate) / dU.

Per il nostro esempio:

Cbt = 60 nl / 0,010 V = 6000 nF = 6,0 uF.

Scegliamo un condensatore con una capacità di 10 microfarad da 16 V, tantalio. Alcuni sviluppatori raccomandano di moltiplicare la capacità minima del condensatore per 5-15, sicuramente.Per quanto riguarda il diodo bootstrap, deve essere ad azione rapida e resistere alla tensione massima della parte di potenza del semiponte come al contrario.

Comments

[#1 yuyuyu]

Controllare il tipo di conduttività dei transistor, dovrebbe essere il contrario. giuria