Circuit d'amorçage pour pilote MOSFET côté haut

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Je connais très bien le fonctionnement des pilotes d'amorçage sur les circuits intégrés des pilotes MOSFET pour commuter un MOSFET haut canal N. Le fonctionnement de base est couvert de manière exhaustive sur ce site et autres.

Ce que je ne comprends pas, c'est le circuit du pilote côté haut lui-même. Puisqu'un bon pilote pousse et tire de grandes quantités de courant, il est logique qu'une autre paire de transistors existe au sein du circuit intégré pour entraîner la broche VH haut ou bas. Plusieurs fiches techniques que j'ai consultées semblent indiquer qu'elles utilisent une paire canal P / canal N (ou PNP / NPN). Enlevant la construction de la puce IC, j'imagine que le circuit ressemble à ceci:

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Il semble que nous venons d'introduire un problème de récursivité. En supposant que le nœud marqué comme "flottant" puisse être une tension arbitrairement élevée, comment les moteurs M3 et M4 ne nécessitent-ils pas encore un autre pilote pour piloter le pilote ( et ainsi de suite )? Cela suppose également que le pilote côté haut est finalement contrôlé par un signal de niveau logique quelconque.

En d'autres termes, étant donné une tension flottante arbitrairement élevée, comment la commande push-pull de M3 et M4 est-elle activée par un signal de niveau logique provenant de la puce?

Point de clarification : la question spécifique que je pose concerne uniquement l'activation du lecteur d'amorçage push-pull côté haut avec un signal de niveau logique. Lorsque la tension côté haut est relativement faible, je reconnais que c'est trivial. Mais dès que les tensions dépassent les valeurs Vds et Vgs typiques sur les transistors, cela devient plus difficile à faire. Je m'attendrais à ce qu'une sorte de circuit d'isolement soit impliqué. Exactement à quoi ces circuits ressemblent est ma question.

Je reconnais que si M4 est un FET à canal P (ou PNP), un autre circuit d'amorçage n'est pas nécessaire. Mais j'ai du mal à concevoir un circuit qui générera les Vgs appropriés pour M4 et M3 car les transistors externes sont commutés d'avant en arrière.

Voici des captures d'écran de deux fiches techniques différentes qui montrent un circuit similaire à ce que j'ai dessiné ci-dessus. N'entrez pas dans les détails du circuit du pilote "boîte noire".

Depuis le MIC4102YM :
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Et le FAN7380 :
entrez la description de l'image ici

Dan Laks
la source
Dan, puisque vous avez écrit que vous avez consulté plusieurs fiches techniques, pouvez-vous y poster les liens? Cela fournirait un bon contexte.
Nick Alexeev
Bien sûr, je mettrai à jour la question avec quelques exemples que j'ai trouvés.
Dan Laks
Dan, plus tôt dans cette réponse, j'ai détaillé le fonctionnement d'un pilote de porte d'amorçage comme FAN7380.
Nick Alexeev
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Nick, j'ai trouvé cette réponse plus tôt avant de poster ma question (bien que le fait d'avoir utilisé la même image de la fiche technique FAN7380 soit une coïncidence). Je suis assez à l'aise avec l'utilisation d'un pilote IC avec un lecteur de porte d'amorçage. La question spécifique que je pose est de savoir à quoi ressemble réellement le circuit de commande de la porte. La case marquée comme juste "pilote" dans l'image. Fondamentalement, des détails spécifiques sur l'étape 4 de votre réponse à cette question précédente.
Dan Laks
1
À droite, la paire push-pull est ce que j'ai figuré dans ma question. Je manque encore quelque chose. Comment l'actionneur push-pull s'active-t-il pour des tensions flottantes arbitrairement élevées? C'est le nœud de ma question, je suppose.
Dan Laks

Réponses:

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schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

VccVHaute tensionVBS

VAmorcer

Dans le schéma ci-dessous, VCC est la source de tension du reste du circuit. Lorsque le MOSFET est éteint, la masse du circuit de la sangle de démarrage est connectée à la masse du circuit, donc C1 et C2 se chargent jusqu'au niveau de Vcc. Lorsque le signal d'entrée arrive pour mettre le MOSFET sous tension, la masse du circuit de commande de grille monte jusqu'à la tension de drain du MOSFET. La diode D1 bloquera cette haute tension, donc les C1 et C2 alimenteront le circuit de commande pendant la mise en marche. Une fois que le MOSFET est de nouveau éteint, C1 et C2 reconstituent leurs charges perdues de VCC.

Critère de design:

  • RB doit être choisi le plus bas possible qui n'endommagera pas D1.
  • La capacité de C2 doit être choisie suffisamment pour alimenter le circuit de conduite pendant la durée de fonctionnement la plus longue.
  • VHaute tension-VCC

Le signal d'entrée doit être isolé du circuit d'amorçage. Certains isolateurs possibles sont:

Optocoupleur

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μμ

Transformateur d'impulsions

entrez la description de l'image ici

Le transformateur d'impulsions est un type de transformateur spatial pour transférer des impulsions rectangulaires. Ils ont moins de tours pour éviter la capacité et l'inductance parasites et des noyaux plus grands pour compenser la perte d'inductance due au nombre de tours réduit. Ils sont beaucoup plus rapides que les optocoupleurs. Les délais sont en général inférieurs à 100ns. L'image ci-dessus est uniquement à titre d'illustration. En pratique, le courant qu'ils peuvent fournir n'est pas suffisant pour conduire rapidement un MOSFET; ils ont donc besoin de circuits supplémentaires dans la pratique.

Pilote de porte isolé

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L'entraînement de portail isolé est une technologie relativement nouvelle. Toute la complexité de la commande de porte est encapsulée dans une seule puce. Ils sont aussi rapides que les transformateurs d'impulsions, mais ils peuvent fournir quelques ampères de courant de grille de crête. Certains produits contiennent également des convertisseurs CC-CC isolés sur puce, de sorte qu'ils n'ont même pas besoin de cerclage de démarrage. Cependant, toutes ces super fonctionnalités ont un coût.

hkBattousai
la source
hkBattousai, merci d'avoir pris le temps d'écrire une réponse. Si vous développez les trois derniers points (qui répondent à la question que j'ai posée) et supprimez les détails sur les bases des pilotes d'amorçage (que je mentionne dans le premier paragraphe de ma question que je connais déjà), vous avoir mon +1. Le circuit opto-isolateur est génial et j'espérais obtenir des réponses qui se concentrent entièrement sur cette partie du pilote au lieu des bases générales du fonctionnement des bootstraps.
Dan Laks
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Je pense que nous ne devons pas supprimer les détails du boot-strapping. D'autres utilisateurs peuvent en bénéficier.
hkBattousai
Je suis d'accord avec ça, tant que la réponse est maintenant concentrée principalement sur la question spécifique (telle qu'elle est maintenant). Merci et +1.
Dan Laks
Bonjour, je vois que la dernière image que vous avez fournie est très similaire au schéma du pilote de porte ADuM3220. Ma question est de savoir si cela nécessite un amorçage pour alimenter le MOSFET côté haut? Sinon, avez-vous un exemple de produit avec un convertisseur CC-CC isolé sur puce? Merci
Rrz0
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@ Rrz0 Dans ce tableau , pour un produit répertorié dans une ligne, si la chaîne dans la colonne "Isopower Enabled" est "Oui", alors il dispose d'une alimentation DC-DC interne.
hkBattousai
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Le CI a un circuit interne de "changement de niveau".

entrez la description de l'image ici

Et le circuit de décalage de niveau peut-être comme ça, c'est similaire avec le FAN7380:

entrez la description de l'image ici

VSRCVBST

Et ci-dessous est le schéma de principe de l'IR2110 (de International Rectifier AN978-b):

entrez la description de l'image ici

diverger
la source
Oui, les puces ont un décalage de niveau quelconque. Comment il implémente le décaleur de niveau pour une tension arbitrairement élevée est la question spécifique que je pose.
Dan Laks
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J'ai modifié ma question pour ajouter un paragraphe supplémentaire à clarifier.
Dan Laks