Bootstrap-kondensaattori puolisillan ohjauspiirissä

Integroidut piirit - puolisillan ohjaimet, kuten esimerkiksi IR2153 tai IR2110, sisältävät ns. Bootstrap (irrotetun) kondensaattorin sisällyttämisen yleiseen piiriin riippumattoman virransyötön aikaansaamiseksi ylemmälle avaimen ohjauspiirille.

Kun alaosa on auki ja johtaa sähköä, bootstrap-kondensaattori on kytketty tämän avoimen alaavaimen kautta negatiiviseen virtaväylään, ja tällä hetkellä se voi vastaanottaa latauksen bootstrap-diodin kautta suoraan kuljettajan virtalähteestä.

Kun alempi avain on kiinni, bootstrap-diodi lopettaa varauksen toimittamisen bootstrap-kondensaattorille, koska kondensaattori on irrotettu negatiivisesta väylästä samalla hetkellä, ja se voi nyt toimia kelluvana virtalähteenä ylemmän puolisilta-avaimen portin ohjauspiirille.

Tällainen ratkaisu on perusteltu, koska avainten hallintaan usein vaadittava teho on suhteellisen pieni ja kulutettu energia voidaan yksinkertaisesti täydentää ajoittain kuljettajan matalajännitteestä suoraan voimayksikön toiminnan aikana. Vaikuttava esimerkki on melkein minkä tahansa pienitehoisen vaihtosuuntaajan 12-220 matalataajuinen lähtöaste.

Mitä tulee bootstrap-kondensaattorin kapasiteettiin, sen ei tulisi olla liian suuri (voidakseen latautua kokonaan ajassa, kun alempi avain on auki) eikä liian pieni, jotta paitsi purkautuvat piirielementit etukäteen, mutta myös kyetä pitämään jatkuvasti riittävä määrä lataa ilman huomattavaa jännitteen pudotusta, niin että tämä varaus on enemmän kuin tarpeeksi ylänäppäimen ohjaussykliin.

Siksi laskettaessa bootstrap-kondensaattorin minimikapasitanssia otetaan huomioon seuraavat merkittävät parametrit: ylemmän näppäimen Qg hilavaraus, mikropiirin lähtövaiheen virrankulutus staattisessa tilassa Is ja jännitteen pudotus bootstrap-diodin Vbd poikki.

Mikropiirin lähtöasteen virrankulutus voidaan ottaa marginaalilla Is = 1mA, ja jännitteen pudotuksen diodin poikki tulisi olla yhtä suuri kuin Vbd = 0,7 V. Kondensaattorityypin on oltava kondensaattori, jolla on minimaalinen vuotovirta, muuten myös kondensaattorin vuotovirta on otettava huomioon. Tantaalikondensaattori sopii hyvin bootstrap-rooliin, koska tämän tyyppisillä kondensaattoreilla on pienin vuotovirta muista elektrolyyttisistä vastineista.

Laskentaesimerkki

Oletetaan, että meidän on valittava bootstrap-kondensaattori, joka antaa virran IRF830-transistoreihin koottuun puolisillan ohjauspiiriin, joka toimii 50 kHz: n taajuudella, ja ylemmän näppäimen porttikytkimeen (ohjausjännite, diodin ylijännite huomioon ottaen, on 11,3 V) tässä jännitteessä. 30 nC (täydellinen porttivaraus Qg määräytyy teknisen taulukon avulla).

Anna bootstrap-kondensaattorin jännitteen rippua olla enintään dU = 10 mV. Tämä tarkoittaa, että kahden pääasiakkaan tulee tuoda pääasiallinen sallittu jännitteenmuutos bootstrap-kondensaattorissa puolisillan toiminnan yhdessä jaksossa: itse mikropiiri ja sen ohjaama kenttänavan portti. Sitten kondensaattori ladataan diodin kautta.

Mikropiirin kehityssykli kestää 1/50000 sekuntia, mikä tarkoittaa, että kun se kulutetaan staattisessa tilassa 1 mA, mikrosirun hajottama varaus on yhtä suuri kuin

Q-mikropiirit = 0,001 / 50000 = 20 nC.

Q-portti = 30 nC.

Kun palautetaan nämä lataukset, kondensaattorin ylittävä jännite ei saisi muuttua enempää kuin 0,010 mV. sitten:

SB * dU = Q-mikropiiri + Q-portti.

Palauta = (Q-piirit + Q-portti) / dU.

Esimerkiksi:

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

Valitsemme kondensaattorin, jonka kapasiteetti on 10 mikrofaradia 16 V, tantaali. Jotkut kehittäjät suosittelevat kertomaan kondensaattorin minimikapasitanssin 5-15: lla, niin varmasti.Mitä tulee bootstrap-diodiin, sen on oltava nopeavaikutteinen ja kestävä puolisillan tehoosan maksimijännite päinvastoin.