Как работает драйвер с бутстрепной емкостью
Форум KAZUS.RU » Форумы по электронике » Источники питания и свет » Расчет бутстрепной емкости для драйвера верхнего ключа
Страница 1 из 3 | 1 | 2 | 3 | > | Последняя » |
Регистрация: 07.02.2011
Сообщений: 1
Сказал спасибо: 0
Сказали Спасибо 0 раз(а) в 0 сообщении(ях)
Расчет бутстрепной емкости для драйвера верхнего ключа
Добрый день.
Хочу собрать мостовой инвертор на 50Гц на IGBT- транзисторах . В качестве драйвера верхнего ключа буду использовать IRS21853. По предварительным прикидкам
величина бутстрепной емкости для драйвера верхнего ключа для этой частоты должна быть минимум 100мкф, точнее не считал т.к. не совсем разобрался с размерностями величин для подстановки в формулу, что дает производитель. Кстати может кто-нибудь поделится опытом расчетов этой емкости? Может быть есть упрощенная методика , а то у IRF довольно мудреная формула, был бы очень признателен.
Но вопрос не в этом, хочу спросить у уважаемого сообщества , применял ли кто нибудь такие драйверы на столь низкой частоте? Нет ли там каких-либо подводных камней в связи с такой большой емкостью? А то у меня практический опыт разработки в этой области небогатый, в основном больше по ремонту. Не хотелось бы наступать на заведомо известные грабли
Бутстрепный конденсатор в схеме управления полумостом
Интегральные микросхемы — драйверы полумостов, такие как, например, IR2153 или IR2110, предполагают включение в общую схему так называемого бутстрепного (отделенного) конденсатора для независимого питания цепи управления верхним ключом.
Пока нижний ключ открыт и проводит ток, бутстрепный конденсатор оказывается подключен через этот открытый нижний ключ к минусовой шине питания, и в это время он может получать заряд через бутстрепный диод прямо от источника питания драйвера.
Когда нижний ключ закрывается, бутстрепный диод перестает подавать заряд в бутстрепный конденсатор, так как конденсатор в тот же момент оказывается отключен от минусовой шины, и теперь может функционировать как плавающий источник питания для схемы управления затвором верхнего ключа полумоста.
Такое решение вполне оправдано, ведь зачастую требуемая для управления ключом мощность относительно невелика, и расходуемая энергия может просто периодически пополняться от низковольтного источника питания драйвера прямо в процессе работы силового блока. Ярким примером может служить выходной НЧ каскад практически любого маломощного инвертора 12-220.
Что касается емкости бутстрепного конденсатора, то она должна быть ни слишком большой (чтобы успеть целиком перезарядиться за время, пока нижний ключ открыт) и ни слишком малой, чтобы не только не разрядиться об элементы схемы раньше времени, но и иметь возможность постоянно удерживать достаточное количество заряда без заметной просадки напряжения, чтобы этого заряда с лихвой хватило на цикл управления верхним ключом.
Поэтому при расчете минимальной емкости бутстрепного конденсатора во внимание принимают следующие значимые параметры: величину заряда затвора верхнего ключа Qg, ток потребления выходного каскада микросхемы в статическом режиме Is, падение напряжения на бутстрепном диоде Vbd.
Ток потребления выходного каскада микросхемы можно принять с запасом — Is = 1мА, а падение напряжения на диоде принять равным Vbd = 0,7В. Что касается типа конденсатора, то это должен быть конденсатор с минимальным током утечки, иначе ток утечки конденсатора придется тоже брать в расчет. На роль бутстрепного хорошо подойдет танталовый конденсатор, поскольку конденсаторы данного типа имеют наименьший ток утечки из прочих электролитических собратьев.
Пример расчета
Допустим, нам необходимо подобрать бутстрепный конденсатор для питания цепи управления верхним ключом полумоста, собранного на транзисторах IRF830, и работающего на частоте 50 кГц, причем заряд затвора верхнего ключа (напряжение управления с учетом падения напряжения на диоде составит 11,3В) при данном напряжении составит 30 нКл (полный заряд затвора Qg определяем по datasheet).
Пусть пульсация напряжения на бутстрепном конденсаторе не превысит dU=10 мВ. Значит к максимально допустимому изменению напряжения на бутстрепном конденсаторе за один цикл работы полумоста должны привести два основных потребителя: непосредственно микросхема и затвор управляемого ею полевика. После чего конденсатор будет перезаряжен через диод.
Цикл отработки микросхемы длится 1/50000 секунд, значит при потреблении в статическом режиме 1 мА рассеянный микросхемой заряд будет равен
Qмикросхемы=0,001/50000 = 20 нКл.
Qзатвора = 30 нКл.
При отдаче этих зарядов, напряжение на конденсаторе не должно измениться более чем на 0,010 мВ. Тогда:
Для нашего примера:
Cбут=60нкл/0,010В = 6000 нф = 6,0 мкф.
Выберем конденсатор емкостью 10 мкф 16 В, танталовый. Некоторые разработчики рекомендуют умножать минимальную емкость конденсатора на 5-15, чтобы наверняка хватило. Что касается бутстрепного диода, то он должен быть быстродействующим и выдержать максимальное напряжение силовой части полумоста в качестве обратного.
- Триггер Шмитта — общее представление
- Простая RC-цепь для задержки прямоугольных импульсов
- Драйвер полевого транзистора из дискретных компонентов
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника
Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 16:08:42
Поскольку нагрузка подключается к истоку N-канального мосфета, то на затвор нужно подать напряжение, превышающее напряжение стока . Так каким образом это делают драйвера HIGH SIDE? Получается, эти драйвера нужно запитывать током с более высоким напряжением, чем напряжение стока ? Микросхема драйвера не умеет же сама повышать напряжение?
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 16:13:58
Ответ на вопрос — бутстрепный драйвер. В нем летающий конденсатор осуществляет привязку управления к плавающему потенциалу истока.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 16:52:19
Интересно! ))) Заряжаем конденсатор с потенциалом 12В. На одной ноге 12В, на другой ЗЕМЛЯ. Подключаем к ноге с землей 12В и на другой ноге уже имеем 24В относительно ЗЕМЛИ. ))) Т.е. по закону о сохранении энергии наш потенциал не может исчезнуть. По этому он сохраняется как прежде в виде 12В. Очень просто и эффективно. Круть!
Добавлено after 7 minutes 1 second:
А если захочется открыть транзистор не в импульсном режиме? ) Скажем, на минуту.. Поставить конденсатор побольше? )
Добавлено after 1 minute 24 seconds:
Или делать схему с DC-DC преобразователем, видимо.
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:03:36
У меня есть серийное изделие, где потенциал истока изменяется относительно земли на двухполярные примерно 500 (пятьсот) вольт. И не просто изменяются, а с частотой примерно 60 кГц.
Там управление осуществляется СТАТИЧЕСКИ (не импульсно) с частотой примерно 150 Гц через оптопару, а питание драйвера НИЖНЕГО КЛЮЧА через DC-DC со специальной намоткой трансформатора для минимизации проходной емкости. Иначе через эту емкость 60 кГц выжгут ключ преобразователя.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:22:15
А напряжение на плавающем конденсаторе драйвер не контролирует? Т.е. если конденсатор разрядится, например, ниже необходимого для затвора потенциала в 10В, но при том управляющий сигнал верхнего плеча будет в 1, то драйвер все равно будет подавать питание на затвор? Т.е. контроль разряда конденсатора нужно осуществлять ручками?
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:24:59
Не ручками, а выбором емкости. Иначе верхнее плечо тупо закроется.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:29:40
А пока будет закрываться, может и сгореть.
Добавлено after 46 seconds:
Спасибо за помощь!
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:33:00
Пока он будет закрываться, напряжение на драйвере должно быть выше защитного. Все такие драйверы имеют систему защиты от низкого напряжения. По достижению порога драйвер закроет ключ.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:39:11
Еще вопрос: достаточно ли постоянной времени Т=RС заряда затвора, чтобы любой полевик перешел в ключевой режим?
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 17:50:51
Причем тут постоянная времени к обсуждаемому вопросу? Драйвер имеет только два устойчивых состояния. Выходное напряжение примерно равно бутстрепному питанию. Если бутстрепная емкость разрядится ниже порогового напряжения защиты, драйвер закроет ключ. Тут нет никакого шанса для активного режима.
Если отвлечься от темы топика, то ключевой режим определится сопротивлением нагрузки. Можно вывести ключ в активный режим при ЛЮБОМ НАПРЯЖЕНИИ затвор-исток.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 18:56:15
Можно вывести ключ в активный режим при ЛЮБОМ НАПРЯЖЕНИИ затвор-исток.
При каком сопротивлении нагрузки полевой транзистор уйдет в активный режим?
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 19:13:12
Это зависит от сопротивления канала. Канал с нагрузкой образуют делитель напряжения.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 19:20:44
Почему-то при моделировании в Proteus’е драйвер IR2101 при разрядке конденсатора выводит верхний ключ в активный режим. Глюк Proteus’а?
Желтый график — управляющий сигнал.
Голубой — напряжение на затворе.
Красный — напряжение на истоке.
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 19:35:20
Понятия не имею. Нужно смотреть даташит на драйвер. Я нынче в Турции, поэтому сейчас смотреть неудобно. Возможно есть и без защиты. Не помню.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 20:08:43
Как оно на английском называется? Сам посмотрю.
Добавлено after 16 minutes 56 seconds:
Вроде написано: Undervoltage lockout. Наверно глюк Протеуса.
- КРАМ
- Сообщений: 21518
- Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
- Откуда: Московская область, Фрязино
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 20:11:49
Добавлено after 2 minutes 25 seconds:
Как оно на английском называется? Наверно глюк Протеуса.
Протеус тут не причем. Модель может не симулировать эту фичу. Поскольку в этом нет никакой необходимости. Подобные вещи и так понятны.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 20:36:45
Добавлено after 3 minutes 38 seconds:
Судя по схеме, здесь замеряется какая-то разница между верхним ни нижнем ключом.
- AlexS4
- Сообщений: 3463
- Зарегистрирован: Пт сен 10, 2021 15:19:36
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 20:38:33
>А напряжение на плавающем конденсаторе драйвер не контролирует?
некоторые контролируют, фича называется voltage
так как это связано с очевидной опасностью ухода в линейный режим.
в IR2101 есть uv-lockout но подробнее или схему я сходу не нашел.
а для какой цели надолго открывать верх??
обычно по сложности идут так
1. перенос ключа вниз если нет непридуманной привязки нагрузки именно к P-
2. pwm 99%, если нагрузка допускает провалы питания
3. dc-dc для затвора.
вообще утечки в драйвере, диоде и затворе небольшие и если там керамика X7 10uF и все под лаком то скажем пара секунд — обычно непроблема, но надо проверить скорость просадки на реальном устройстве.
- Kalisnik
- Сообщений: 419
- Зарегистрирован: Вс апр 18, 2021 15:43:55
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 21:10:46
AlexS4 писал(а): а для какой цели надолго открывать верх??
В ручном режиме включать нагрузку.
AlexS4 писал(а): вообще утечки в драйвере, диоде и затворе небольшие и если там керамика X7 10uF и все под лаком то скажем пара секунд — обычно непроблема
В принципе, нагрузку, даже в ручном режиме, дольше чем на 10 сек. включать смысла не будет. А ведь можно поставить и электролит на 100 мкФ или даже 1000 мкФ. Если верить Протеусу, то 100 мкФ разряжается примерно 30 — 40 сек.
- AlexS4
- Сообщений: 3463
- Зарегистрирован: Пт сен 10, 2021 15:19:36
Re: Как работает драйвер HIGH SIDE для N-канального MOSFET?
Вт окт 12, 2021 21:26:53
ну а ключ вниз (рвать P-) никак?
основная утечка в драйвере на диф линии управления верхним драйвером, в дэйташите скорее всего есть этот ток. ну и электролит с нестабильной утечкой и возможной потерей емкости, нужен запас x3 минимум,
короче так делать можно но это неаккуратненько както))
1000uF наверное надо через 10..100R и в параллель к основному на 10uF ато будет чутка дергать нагрузку при включении. ну или bs диод помощнее)))
Powered by phpBB © phpBB Group.
phpBB Mobile / SEO by Artodia.
Как работает драйвер с бутстрепной емкостью
На Казусе мало иинформации?
Прикрепления: 3927448.gif (24.3 Kb)
Сообщение отредактировал anatol — Ср, 18.04.2012, 22:34
Группа: Проверенные
Ранг: Новенький
Сообщений: 3
Замечания: ±
На сайте с 18.04.2012
Статус: Offline
Группа: Проверенные
Ранг: Начал соображать
Сообщений: 24
Замечания: ±
На сайте с 13.07.2011
Статус: Offline
А вот расчет емкости:
Я ставлю 25Vх10мкф и не заморачиваюсь. Лучше танталы.
Прикрепления: 8356544.jpg (54.2 Kb)
Сообщение отредактировал Techno-holst — Пт, 20.04.2012, 09:00
Группа: Проверенные
Ранг: Новенький
Сообщений: 3
Замечания: ±
На сайте с 18.04.2012
Статус: Offline
Группа: Проверенные
Ранг: Начал соображать
Сообщений: 24
Замечания: ±
На сайте с 13.07.2011
Статус: Offline
Группа: Проверенные
Ранг: Разобрался
Сообщений: 550
Замечания: ±
На сайте с 02.10.2010
Статус: Offline
Собираю железку, что-то типа автомобильный измеритель (до БК не дотягивает). Так как авто у меня поношенное (возможно от слова понос), естественно сломались все тяги управления отопителем. Эту задачу решил просто, поставив серво (3шт). Но раз кран отопителя, и две заслонки подключены к PIC, тогда решил написать (точнее подсмотрел и изменил под себя алгоритм) ПИ регулятора для управления скорости вентилятора отопителя. Код написан, работает, а вот первая версия печатки показала, что я поспешил её сделать, и допустил много ошибок, которые влияют работу МК и железки в целом. Чтобы вы меня не засмеяли, я не скажу, как и какой транзистор использовал для вентилятора. Могу сказать, что он управляется не логикой, а драйвера нет. Дело в том, что на прошлом опыте я использовал IRF транзисторы с аппаратным ШИМом, и все работало, но нагрузка была не более 10Вт. Сейчас нагрузка около 200Вт и естественно началось все самое интересное.
Пересмотрев все баги, и перелопатив много datasheet-ов, было решено транзистор оставить, но управлять им с помощью драйвера IR2117.