Бутстрепний конденсатор в схемі управління півмилі

Інтегральні мікросхеми – драйвери півмилі, такі як, наприклад, IR2153 або IR2110, припускають включення в загальну схему так званого бутстрепного (відокремленого) конденсатора для незалежного харчування ланцюга управління верхнім ключем.

Поки нижній ключ відкритий і проводить струм, бутстрепний конденсатор виявляється підключений через цей відкритий нижній ключ до мінусової шини живлення, і в цей час він може отримувати заряд через бутстрепний діод прямо від джерела живлення драйвера.

Коли нижній ключ закривається, бутстрепний діод перестає подавати заряд в бутстрепний конденсатор, так як конденсатор в той же момент виявляється відключений від мінусової шини, і тепер може функціонувати як плаваючий джерело живлення для схеми управління затвором верхнього ключа напівмоста.

Таке рішення цілком виправдано, адже часто необхідна для управління ключем потужність відносно невелика, і витрачається енергія може просто періодично поповнюватися від низьковольтного джерела живлення драйвера прямо в процесі роботи силового блоку. Яскравим прикладом може служити вихідний НЧ каскад практично будь-якого малопотужного інвертора 12-220.

Що стосується ємності бутстрепного конденсатора, то вона повинна бути ні занадто великий (щоб встигнути цілком перезарядитися за час, поки нижній ключ відкритий) і ні занадто малою, щоб не тільки не розрядитися про елементи схеми завчасно, але і мати можливість постійно утримувати достатню кількість заряду без помітної просадки напруги, щоб цього заряду з лишком вистачило на цикл управління верхнім ключем.

Тому при розрахунку мінімальної ємності бутстрепного конденсатора до уваги беруть такі значимі параметри: величину заряду затвора верхнього ключа Qg, струм споживання вихідного каскаду мікросхеми в статичному режимі Is, падіння напруги на бутстрепном діод Vbd.

Струм споживання вихідного каскаду мікросхеми можна прийняти з запасом – Is = 1 мА, а падіння напруги на діоді прийняти рівним Vbd = 0,7 В. Що стосується типу конденсатора, то це повинен бути конденсатор з мінімальним струмом витоку, інакше струм витоку конденсатора доведеться теж брати до уваги. На роль бутстрепного добре підійде танталовий конденсатор, оскільки конденсатори даного типу мають найменший струм витоку з інших електролітичних побратимів.

приклад розрахунку

Припустимо, нам необхідно підібрати бутстрепний конденсатор для харчування ланцюга управління верхнім ключем напівмоста, зібраного на транзисторах IRF830, і працює на частоті 50 кГц, причому заряд затвора верхнього ключа (напруга управління з урахуванням падіння напруги на діоді складе 11,3В) при даному напрузі складе 30 нКл (повний заряд затвора Qg визначаємо по datasheet).

Нехай пульсація напруги на бутстрепном конденсаторі не перевищить dU = 10 мВ. Значить до максимально допустимому зміни напруги на бутстрепном конденсаторі за один цикл роботи напівмоста повинні привести два основних споживача: безпосередньо мікросхема і затвор керованого нею польовика. Після чого конденсатор буде перезаряджаючи через діод.

Цикл відпрацювання мікросхеми триває 1/50000 секунд, значить при споживанні в статичному режимі 1 мА розсіяний мікросхемою заряд буде дорівнює

Qмікросхеми = 0,001 / 50000 = 20 нКл.

Qзатвора = 30 нКл.

При віддачі цих зарядів, напруга на конденсаторі не повинно змінитися більш ніж на 0,010 мВ. тоді:

Cбут * dU = Qмікросхеми + Qзатвора.

Сбуст = (Qмікросхеми + Qзатвора) / dU.

Для нашого прикладу:

Cбут = 60нкл / 0,010В = 6000 нф = 6,0 мкф.

Виберемо конденсатор ємністю 10 мкф 16 В, танталовий. Деякі розробники рекомендують множити мінімальну ємність конденсатора на 5-15, щоб напевно вистачило. Що стосується бутстрепного діода, то він повинен бути швидкодіючим і витримати максимальне напруга силового частини напівмоста як зворотний.

Ссылка на основную публикацию