Bootstrap-condensator in een halfbrug-stuurcircuit

Geïntegreerde schakelingen - stuurprogramma's voor een halve brug, zoals bijvoorbeeld IR2153 of IR2110, omvatten de opname in het algemene circuit van een zogenaamde bootstrap (losgemaakte) condensator voor onafhankelijke voeding naar het bovenste sleutelbesturingscircuit.

Terwijl de onderste sleutel open is en stroom geleidt, is de bootstrap-condensator via deze open onderste sleutel verbonden met de negatieve voedingsbus, en op dit moment kan deze lading ontvangen via de bootstrap-diode rechtstreeks van de voedingsbron van de bestuurder.

Wanneer de onderste sleutel wordt gesloten, stopt de bootstrap-diode met het leveren van lading aan de bootstrap-condensator, omdat de condensator op hetzelfde moment wordt losgekoppeld van de negatieve bus en nu kan fungeren als een zwevende stroombron voor het poortbesturingscircuit van de bovenste halfbrug-sleutel.

Een dergelijke oplossing is gerechtvaardigd, omdat het vermogen dat vaak nodig is voor sleutelbeheer relatief klein is en de verbruikte energie eenvoudig periodiek kan worden bijgevuld via de laagspanningsvoeding van de bestuurder direct tijdens de werking van de voedingseenheid. Een opvallend voorbeeld is de laagfrequente uitgangstrap van vrijwel elke laagvermogen omvormer 12-220.

Wat betreft de capaciteit van de bootstrap-condensator, deze moet niet te groot zijn (om op tijd volledig te kunnen opladen terwijl de onderste sleutel open is) en niet te klein zijn om niet alleen van tevoren de circuitelementen te ontladen, maar ook in staat zijn om constant een voldoende hoeveelheid vast te houden opladen zonder een merkbare spanningsval, zodat deze lading meer dan genoeg is voor de bovenste toetsbeheerscyclus.

Daarom wordt bij het berekenen van de minimale capaciteit van een bootstrap-condensator rekening gehouden met de volgende significante parameters: de gate-lading van de bovenste toets Qg, het stroomverbruik van de uitgangstrap van de microschakeling in de statische modus Is, en de spanningsval over de bootstrap-diode Vbd.

Het stroomverbruik van de uitgangstrap van de microschakeling kan worden genomen met een marge van Is = 1mA en de spanningsval over de diode moet worden genomen gelijk aan Vbd = 0,7 V. Wat betreft het type condensator, het moet een condensator zijn met een minimale lekstroom, anders moet ook rekening worden gehouden met de lekstroom van de condensator. Een tantaalcondensator is goed geschikt voor de bootstrap-rol, omdat condensatoren van dit type de kleinste lekstroom hebben van andere elektrolytische tegenhangers.

Rekenvoorbeeld

Stel dat we een bootstrap-condensator moeten selecteren om het bovenste sleutelbesturingscircuit van een halve brug, geassembleerd op IRF830-transistoren, te laten werken en te werken met een frequentie van 50 kHz, en de poortschakelaarlading (de stuurspanning, rekening houdend met de spanningsval over de diode, zal 11,3 V zijn) bij deze spanning 30 nC (volledige gate charge Qg wordt bepaald door datasheet).

Laat de spanningsrimpel op de bootstrap-condensator dU = 10 mV niet overschrijden. Dit betekent dat de belangrijkste toelaatbare spanningsverandering op de bootstrap-condensator in één cyclus van de halfbrugwerking moet worden gebracht door twee hoofdgebruikers: de microschakeling zelf en de poort van de veldpool die erdoor wordt bestuurd. Vervolgens wordt de condensator opgeladen via de diode.

De ontwikkelingscyclus van de microcircuit duurt 1/50000 seconden, wat betekent dat wanneer verbruikt in statische modus 1 mA, de lading gedissipeerd door de microcircuit gelijk zal zijn aan

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

Q gate = 30 nC.

Bij het retourneren van deze ladingen mag de spanning over de condensator niet meer dan 0,010 mV veranderen. vervolgens:

SB * dU = Q microschakeling + Q poort.

Reset = (Q-circuits + Q-poort) / dU.

Voor ons voorbeeld:

Cbt = 60 nl / 0.010V = 6000 nF = 6.0 uF.

We kiezen een condensator met een capaciteit van 10 microfarads 16 V, tantaal. Sommige ontwikkelaars raden aan om de minimale capaciteit van de condensator zeker met 5-15 te vermenigvuldigen.Wat betreft de bootstrap-diode, deze moet snel werken en bestand zijn tegen de maximale spanning van het vermogensdeel van de halve brug als omgekeerd.