Sirkuit bootstrap untuk driver MOSFET sisi tinggi

Saya sangat akrab dengan pengoperasian driver bootstrap pada IC driver MOSFET untuk mengganti MOSFET sisi-tinggi saluran-N. Operasi dasar dibahas secara mendalam di situs ini dan lainnya.

Yang tidak saya mengerti adalah sirkuit driver sisi tinggi itu sendiri. Karena pengemudi yang baik mendorong dan menarik sejumlah besar arus, masuk akal bahwa sepasang transistor lain ada di dalam IC untuk menggerakkan pin VH tinggi atau rendah. Beberapa lembar data yang saya lihat sepertinya mengindikasikan mereka menggunakan pasangan P-channel / N-channel (atau PNP / NPN). Mengambil susunan chip IC, saya membayangkan rangkaiannya terlihat seperti ini:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Tampaknya kami baru saja memperkenalkan masalah rekursi. Dengan asumsi simpul yang ditandai sebagai "mengambang" dapat berupa tegangan tinggi sembarang, bagaimana M3 dan M4 digerakkan yang tidak memerlukan driver lain untuk mengemudikan driver ( dan seterusnya dan seterusnya )? Ini juga mengasumsikan driver sisi tinggi pada akhirnya dikendalikan oleh semacam sinyal tingkat logika.

Dengan kata lain, diberikan tegangan mengambang tinggi yang sewenang-wenang, bagaimana drive push-pull M3 dan M4 diaktifkan oleh sinyal level logika yang berasal dari chip?

Titik klarifikasi : Pertanyaan spesifik yang saya ajukan hanya berkaitan dengan mengaktifkan drive bootstrap push-pull sisi-tinggi dengan sinyal level logika. Ketika tegangan sisi tinggi relatif rendah, saya tahu ini sepele. Tetapi segera setelah voltase melebihi peringkat Vds dan Vgs pada transistor, ini menjadi lebih sulit untuk dilakukan. Saya berharap beberapa jenis sirkuit isolasi akan terlibat. Persis seperti apa sirkuit itu adalah pertanyaan saya.

Saya mengakui bahwa jika M4 adalah P-channel FET (atau PNP), sirkuit bootstrap lain tidak diperlukan. Tapi saya mengalami kesulitan memahami rangkaian yang akan menghasilkan Vgs yang tepat untuk M4 dan M3 karena transistor eksternal diaktifkan bolak-balik.

Berikut ini adalah tangkapan layar dari dua lembar data berbeda yang menunjukkan sirkuit serupa dengan apa yang saya gambar di atas. Tidak ada yang membahas detail tentang sirkuit driver "kotak hitam".

Dari MIC4102YM :

Dan FAN7380 :

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

$V_{cc}$$V_\text{High Voltage}$$V_{BS}$

$V_\text{Boot Strap}$

Dalam skema di bawah ini, VCC adalah sumber tegangan dari sisa rangkaian. Ketika MOSFET mati, arde dari sirkuit tali boot terhubung ke arde, sehingga C1 dan C2 terisi hingga tingkat Vcc. Ketika sinyal input tiba untuk menyalakan MOSFET, ground dari rangkaian drive gate naik ke tegangan drainase MOSFET. Dioda D1 akan memblokir tegangan tinggi ini, sehingga C1 dan C2 akan memasok sirkuit penggerak selama waktu tepat. Setelah MOSFET mati lagi, C1 dan C2 mengisi kembali tagihan mereka yang hilang dari VCC.

Kriteria desain:

• BPR harus dipilih serendah mungkin yang tidak akan merusak D1.
• Kapasitas C2 harus dipilih cukup untuk memasok sirkuit penggerak selama waktu paling lama.
• $V_\text{High Voltage} - V_\text{CC}$

Sinyal input harus diisolasi dari sirkuit tali-boot. Beberapa isolater yang mungkin adalah:

Optocoupler

$\mu$$\mu$

Transformer pulsa

Transformator pulsa adalah jenis transformator spasial untuk mentransfer pulsa persegi panjang. Mereka memiliki jumlah putaran yang lebih sedikit untuk menghindari kapasitansi parasit dan induktansi dan core yang lebih besar untuk mengkompensasi hilangnya induktansi karena berkurangnya jumlah putaran. Mereka jauh lebih cepat daripada optocoupler. Waktu tunda kurang dari 100ns secara umum. Gambar di atas hanya untuk ilustrasi. Dalam praktiknya, arus yang mereka dapat sediakan tidak cukup untuk mengendarai MOSFET dengan cepat; sehingga mereka membutuhkan sirkuit tambahan dalam praktiknya.

Driver Gerbang Terisolasi

Mengemudi gerbang terisolasi adalah teknologi yang relatif baru. Semua kerumitan mengemudi gerbang dirangkum dalam satu chip tunggal. Mereka secepat transformator pulsa, namun mereka dapat memberikan beberapa ampere arus gerbang puncak. Beberapa produk juga mengandung konverter DC-DC terisolasi on-chip, sehingga mereka bahkan tidak perlu boot-strapping. Namun, semua fitur super ini datang dengan biaya.

Um, IC memiliki sirkuit "level-shift" internal.

Dan sirkuit level shift mungkin seperti ini, ini mirip dengan FAN7380:

$V_{SRC}$$V_{BST}$

Dan di bawah ini adalah diagram blok IR2110 (Dari International Rectifier AN978-b):