conduciendo el lado bajo de un puente de mosfet con 3.3V

Question

Estoy tratando de conducir un lado bajo de un medio puente de canal n con una señal de 3.3V que no es suficiente para conmutar el MOSFET creo (a veces conmuta y a veces no).

Hice esto: http://upverter.com/nraynaud/9737d290ff152f76/half-bridge/ La parte alta viene de otro circuito, pero la parte baja la construí por mi cuenta así que me gustaría alguna revisión. La resistencia de 22k es un pull-up porque al añadir el circuito complementa las entradas, haciendo que todo se cierre cuando no hay entradas.

Gracias por sus consejos.

Answer 1

Creo que te vas a encontrar con dos retos a la hora de diseñar esto. El primero es conseguir que el lado alto se encienda. La fuente del lado alto se mueve hacia arriba y hacia abajo en relación con la tierra, por lo que una fuente de tensión referenciada a la tierra no será capaz de conducirlo sin exceder la tensión máxima de la puerta a la fuente \$V_{GS}\$ . Para el RFG50N06, esto es 20V.

La segunda es que quieres conmutar los transistores rápido . Todo el tiempo que los transistores pasan entre el encendido y el apagado total también significará una alta corriente y un alto voltaje a través del transistor. Esto significa una gran cantidad de energía eléctrica convertida en calor, lo que representa una ineficiencia en el sistema y un límite en la corriente que su puente puede entregar a la carga, ya que el calor de estas pérdidas de conmutación debe ser eliminado a través del disipador.

Conseguir que los transistores conmuten rápidamente es difícil porque el controlador de la puerta ve una carga capacitiva formada por el hueco entre la puerta y el resto del transistor. ¿Ves cómo la parte de la puerta del símbolo esquemático de un MOSFET parece un condensador? Lo es.

Así, lo primero que observo es que cuando se va a conectar el lado de baja, la corriente debe fluir a través de R8. Esto es malo, porque cualquier resistencia aquí limita la rapidez con la que puede aumentar el voltaje de la puerta de Q2, y todo ese tiempo, Q2 está perdiendo energía y se calienta.

La siguiente cosa que noto es que tienes la puerta del lado alto atada (de nuevo a través de algunas resistencias) a 24V. Parece que la fuente de Q1 es de 8V. Cuando Q1 está encendido, el drenaje no estará muy por debajo de eso, así que el voltaje de la fuente a la puerta es de 16V. Eso se acerca bastante al máximo absoluto de 20V. Pero considera lo que ocurre antes de que el lado alto esté encendido. Si el lado bajo está completamente apagado, a medida que Q1 se enciende, su voltaje de fuente es libre de subir para alcanzar el voltaje de puerta. ¿Pero qué pasa si Q2 no está completamente apagado todavía? ¿Y si hay algo más que mantiene baja la fuente de Q1? ¡Papá! Aplicas demasiada tensión en la puerta y atraviesas el aislamiento de la puerta. Este no es un diseño robusto.

Aquí hay un controlador de puerta que hice con componentes discretos hace un tiempo:

Lo primero que todos señalan es el C13. Esto proporciona un voltaje relativo al drenaje del lado alto, por lo que no tienes que preocuparte de aplicar demasiado voltaje a la puerta. Es esencialmente una bomba de carga; cuando AOUT está bajo, entonces C13 puede cargar a través de D12. Cuando el AOUT es alto, el fondo del condensador se levanta con él. C13 se elige para que sea lo suficientemente grande como para alimentar el controlador de la puerta hasta que AOUT esté bajo de nuevo.

Lo siguiente que hay que notar es que tanto para el encendido como para el apagado, la corriente de puerta no fluye a través de ninguna resistencia, excepto las que he colocado intencionadamente para ralentizar las cosas (R25, R26, R15, R16). Esto mantiene las pérdidas de conmutación bajas y los MOSFETs frescos.

¿Por qué querría retrasar las cosas? Si el voltaje fuente-drenaje de un MOSFET aumenta demasiado rápido, este alto \$ d V/d t \$ se acopla a través de la capacitancia de puerta y puede elevar la tensión de puerta lo suficiente como para encender el MOSFET. En una configuración de medio puente, esto le ocurre al lado que acaba de apagarse mientras el otro lado se está encendiendo. Accidentalmente, el lado que se acaba de apagar se vuelve a encender, ambos lados están encendidos, básicamente se han cortocircuitado los terminales de la batería, y suceden cosas malas. International Rectifier lo explica un poco más al final de Fundamentos del MOSFET de potencia .

resumen de la operación

Encendido:

Una entrada alta en ALO enciende Q20. R23 se coloca en el emisor, en lugar de en la base, para que Q20 no se sature y se apague más rápidamente. R21 también ayuda a un apagado rápido.

La mayor parte de la corriente que pasa por R23 proviene del colector de Q20 (en virtud de la ganancia de corriente de un BJT). Esta corriente también debe fluir a través de R22, elevando el voltaje a través de la base-emisor de Q21. Esto abre las compuertas para que la corriente fluya a través de las tapas de desacoplamiento cercanas C20 y C21 (o C13, en el lado alto), a través de Q21, R25, D20, y a través de la puerta.

Mientras ALO se mantiene alta, una pequeña corriente fluye a través de R27 y R28. Esto a su vez crea el voltaje que apuntala la base de Q22 y Q23, manteniéndolos apagados.

Apagando:

Con la tensión ALO eliminada, Q20 se apaga, cortando la corriente a través de R22, apagando Q21, eliminando la fuente de corriente para R23 y R28. La capacitancia de la puerta está ahora libre para descargarse a través del diodo base-emisor de Q22 y R27. La ganancia de corriente de Q22 multiplica esta corriente por lo que el apagado puede ser muy rápido.