Bootstrap-kondensator i en halvbryggkontrollkrets

Integrerade kretsar - halvbryggdrivare, som till exempel IR2153 eller IR2110, inbegriper införlivandet i den allmänna kretsen av en så kallad startsträngskondensator (fristående) för oberoende strömförsörjning till den övre nyckelstyrkretsen.

Medan den nedre nyckeln är öppen och leder ström, kopplas bootstrap-kondensatorn genom denna öppna bottennyckel till den negativa strömbussen, och vid denna tidpunkt kan den ta emot laddning via bootstrap-dioden direkt från förarens strömkälla.

När den nedre nyckeln är stängd slutar startsträngsdioden att leverera laddning till bootstrap-kondensatorn, eftersom kondensatorn är frånkopplad från den negativa bussen i samma ögonblick, och nu kan fungera som en flytande kraftkälla för grindstyrkretsen för den övre halvbryggnyckeln.

En sådan lösning är motiverad, eftersom kraften som ofta krävs för nyckelhantering är relativt liten, och den förbrukade energin kan helt enkelt återfyllas från förarens lågspänningsförsörjning direkt under drift av kraftenheten. Ett slående exempel är utgångslågfrekvenssteget för nästan vilken lågeffektomformare 12-220 som helst.

När det gäller kapaciteten på bootstrap-kondensatorn bör den varken vara för stor (för att kunna ladda helt i tid medan den nedre tangenten är öppen) och inte för liten för att inte bara tömma på kretselementen i förväg, utan också kunna hålla en tillräcklig mängd laddning utan märkbart spänningsfall, så att denna laddning är mer än tillräcklig för den övre tangentstyrningscykeln.

Därför beaktas följande betydande parametrar vid beräkning av minimikapacitansen för en bootstrap-kondensator: grindladdningen för den övre tangenten Qg, strömförbrukningen för utgångssteget för mikrokretsen i det statiska läget är och spänningsfallet över bootstrap-dioden Vbd.

Strömförbrukningen för utgångssteget för mikrokretsen kan tas med en marginal på Is = 1 mA, och spänningsfallet över dioden bör tas lika med Vbd = 0,7V. När det gäller typen av kondensator måste den vara en kondensator med en minimal läckström, annars måste kondensatorns läckström också beaktas. En tantalkondensator är väl lämpad för startremsrollen, eftersom kondensatorer av denna typ har den minsta läckströmmen från andra elektrolytiska motsvarigheter.

Beräkningsexempel

Anta att vi måste välja en bootstrap-kondensator för att driva den övre nyckelstyrkretsen för en halvbro monterad på IRF830-transistorer och arbetar med en frekvens på 50 kHz, och grindbrytaren för den övre tangenten (styrspänningen med hänsyn till spänningsfallet över dioden kommer att vara 11,3 V) vid denna spänning 30 nC (full grindladdning Qg bestäms av datablad).

Låt spänningen rippla på bootstrap-kondensatorn inte överstiga dU = 10 mV. Detta innebär att den huvudsakliga tillåtna spänningsförändringen på bagageutrymmets kondensator i en cykel av halvbronoperationen bör föras av två huvudkonsumenter: själva mikrokretsen och grinden till fältstången som styrs av den. Sedan laddas kondensatorn igenom dioden.

Utvecklingscykeln för mikrokretsen varar 1/50000 sekunder, vilket innebär att när den konsumeras i statiskt läge 1 mA, kommer laddningen som sprids av mikrokretsen att vara lika med

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

Q-grind = 30 nC.

När dessa laddningar returneras bör spänningen över kondensatorn inte ändras med mer än 0,010 mV. därefter:

SB * dU = Q-mikrokrets + Q-grind.

Återställ = (Q-kretsar + Q-grind) / dU.

För vårt exempel:

Cbt = 60 nl / 0.010V = 6000 nF = 6,0 uF.

Vi väljer en kondensator med en kapacitet på 10 mikrofarad 16 V, tantal. Vissa utvecklare rekommenderar att man multiplicerar kondensatorns lägsta kapacitet med 5-15, för säker nog.När det gäller bootstrap-dioden, måste den vara snabbverkande och motstå den maximala spänningen för kraftdelen på halvbron som bakåt.