Πυκνωτής εκκίνησης σε κύκλωμα ελέγχου μισής γέφυρας

Ολοκληρωμένα κυκλώματα - οι οδηγοί μισής γέφυρας, όπως για παράδειγμα το IR2153 ή το IR2110, περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση στο γενικό κύκλωμα ενός λεγόμενου πυκνωτή (διαχωρισμένου) bootstrap για ανεξάρτητη παροχή ισχύος στο άνω κύκλωμα ελέγχου κλειδιού.

Ενώ το κατώτατο πλήκτρο είναι ανοιχτό και το ρεύμα μεταφοράς, ο πυκνωτής εκκίνησης συνδέεται μέσω αυτού του ανοιχτού κλειδιού κάτω προς τον αρνητικό δίαυλο ισχύος και αυτή τη στιγμή μπορεί να φορτίσει τη δίοδο εκκίνησης απευθείας από την πηγή τροφοδοσίας του οδηγού.

Όταν το κάτω πλήκτρο είναι κλειστό, η δίοδος εκκίνησης σταματά να τροφοδοτεί τον πυκνωτή εκκίνησης, καθώς ο πυκνωτής αποσυνδέεται από τον αρνητικό δίαυλο την ίδια στιγμή και τώρα μπορεί να λειτουργήσει ως πλωτή πηγή ισχύος για το κύκλωμα ελέγχου πύλης του άνω πλήκτρου μισής γέφυρας.

Μια τέτοια λύση είναι δικαιολογημένη επειδή η απαιτούμενη συχνά ισχύς για τη διαχείριση κλειδιού είναι σχετικά μικρή και η καταναλισκόμενη ενέργεια μπορεί απλώς να ανανεώνεται περιοδικά από την παροχή ρεύματος χαμηλής τάσης του οδηγού απευθείας κατά τη λειτουργία της μονάδας ισχύος. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το στάδιο χαμηλής συχνότητας εξόδου σχεδόν κάθε μετατροπέα χαμηλής ισχύος 12-220.

Όσο για την χωρητικότητα του πυκνωτή bootstrap, δεν θα πρέπει να είναι υπερβολικά μεγάλο (για να έχει χρόνο για να επαναφορτιστεί πλήρως στο χρόνο ενώ το κάτω πλήκτρο είναι ανοιχτό) και όχι τόσο μικρό ώστε όχι μόνο να εκφορτίζεται στα στοιχεία του κυκλώματος μπροστά από το χρόνο αλλά επίσης να μπορεί να κρατά σταθερά επαρκή ποσότητα φόρτιση χωρίς αισθητή πτώση τάσης, έτσι ώστε αυτή η φόρτιση να είναι περισσότερο από αρκετή για τον κύριο κύκλο ελέγχου κλειδιού.

Συνεπώς, κατά τον υπολογισμό της ελάχιστης χωρητικότητας ενός πυκνωτή εκκίνησης, λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθες σημαντικές παράμετροι: το μέγεθος του διακόπτη πύλης Qg, η κατανάλωση ρεύματος του σταδίου εξόδου του μικροκυκλώματος στη στατική κατάσταση λειτουργίας και η πτώση τάσης κατά μήκος της δίοδος εκκίνησης Vbd.

Η τρέχουσα κατανάλωση της βαθμίδας εξόδου του μικροκυκλώματος μπορεί να ληφθεί με ένα περιθώριο Is = 1mA, και η πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου πρέπει να ληφθεί ίση με Vbd = 0.7V. Όσο για τον τύπο του πυκνωτή, πρέπει να είναι ένας πυκνωτής με ελάχιστο ρεύμα διαρροής, διαφορετικά το ρεύμα διαρροής του πυκνωτή θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη. Ένας πυκνωτής ταντάλι είναι πολύ κατάλληλος για τον ρόλο του bootstrap, καθώς οι πυκνωτές αυτού του τύπου έχουν το μικρότερο ρεύμα διαρροής από άλλα ηλεκτρολυτικά αντίστοιχα.

Παράδειγμα υπολογισμού

Ας υποθέσουμε ότι πρέπει να επιλέξουμε έναν πυκνωτή bootstrap για να τροφοδοτήσουμε το άνω κύκλωμα ελέγχου κλειδιού μιας μισής γέφυρας που συναρμολογείται σε τρανζίστορ IRF830 και λειτουργεί με συχνότητα 50 kHz και η τάση του διακόπτη πύλης (η τάση ελέγχου, λαμβάνοντας υπόψη την πτώση τάσης στη δίοδο, θα είναι 11,3 V) 30 nC (η πλήρης φόρτιση πύλης Qg καθορίζεται από φύλλο δεδομένων).

Αφήστε την τάση κύματος στον πυκνωτή εκκίνησης να μην υπερβαίνει το dU = 10 mV. Αυτό σημαίνει ότι η κύρια επιτρεπόμενη μεταβολή τάσης στον πυκνωτή bootstrap σε έναν κύκλο της λειτουργίας μισής γέφυρας πρέπει να φέρεται από δύο κύριους καταναλωτές: τον ίδιο τον μικροκυκλωτήρα και την πύλη του πεδίου πεδίου που ελέγχεται από αυτό. Στη συνέχεια, ο πυκνωτής θα επαναφορτιστεί μέσω της διόδου.

Ο κύκλος ανάπτυξης του μικροκυκλώματος διαρκεί 1/50000 δευτερόλεπτα, πράγμα που σημαίνει ότι όταν καταναλώνεται σε στατική λειτουργία 1 mA, το φορτίο που διαχέεται από τον μικροκυκλώνα θα είναι ίσο με

Q μικροκυκλώματα = 0,001 / 50000 = 20 οC.

Q πύλη = 30 nC.

Κατά την επιστροφή αυτών των φορτίων, η τάση στον πυκνωτή δεν πρέπει να αλλάξει περισσότερο από 0.010 mV. Στη συνέχεια:

SB * dU = μικροκυκλώματος Q + πύλη Q.

Επαναφορά = (κυκλώματα Q + πύλη Q) / dU.

Για παράδειγμα:

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

Επιλέγουμε έναν πυκνωτή χωρητικότητας 10 microfarads 16 V, ταντάλιο. Μερικοί προγραμματιστές συνιστούν τον πολλαπλασιασμό της ελάχιστης χωρητικότητας του πυκνωτή κατά 5-15, αρκετά σίγουρο.Όσο για τη δίοδο εκκίνησης, πρέπει να λειτουργεί γρήγορα και να αντέχει τη μέγιστη τάση του τμήματος ισχύος της ημι-γέφυρας ως αντίστροφη.