Как управлять полевым МОП-транзистором, работающим под высоким напряжением, сохраняя его изолированным от остальной схемы?

введите описание изображения здесь

Я хочу управлять полевым МОП-транзистором с тактовым импульсом 50 Гц и рабочим циклом 50%. Переключаемое напряжение достигает 300 В постоянного тока. Участок внутри пунктирных линий останется электрически изолированным от остальной части цепи. Я планирую использовать оптопару для изоляции (я открыт для любых других предложений).

введите описание изображения здесь

Лучшее решение, которое я могу найти, — это использовать сеть делителя напряжения (как показано на второй схеме) и управлять ею с помощью оптопары. Но я не думаю, что это оптимальное решение, потому что есть две основные проблемы.

  1. Я должен использовать громоздкий силовой резистор для R1.
  2. Коммутационные потери. Емкость затвора типичного МОП-транзистора составляет около 5 нФ. Постоянная времени для конденсатора 5 нФ, заряжающегося в течение 20 кОм. Ом резистор 100 мю с, что составляет 0,5% периода переключения. Максимальный ток через RL будет 10А, а R ds на сопротивлении МОП-транзистора будет 50м. Ом в большинстве. Таким образом, коммутационные потери будут примерно равны
    ( 10 А ) 2 × 50 м Ом × 0,5 % "=" 25 м Вт .

Я могу увеличить значения R1 и R2, но на этот раз возрастут коммутационные потери. Есть обмен. В любом случае в цепи будет источник тепла, и часть энергии будет потеряна.

Каков эффективный способ управления МОП-транзистором?

РЕДАКТИРОВАТЬ: А как насчет этой схемы?

введите описание изображения здесь

При достаточном времени простоя между включенными состояниями двух оптронов требуемая номинальная мощность резистора R1 может оставаться ниже 1 Вт. Видите ли вы какую-либо проблему в этой новой модели схемы?

EDIT2: я решил поставить внешние транзисторы Дарлингтона для подачи большего тока на затвор MOSFET.

Напряжение затвора упадет до 1,4 В в низком состоянии, при котором большинство полевых МОП-транзисторов полностью выключены. Возможна ли эта новая схема?

введите описание изображения здесь

Расчет потерь при переключении выглядит подозрительно: Rds(on) будет 50 мОм при ПОЛНОМ включении, но НАМНОГО выше во время периода включения 100 мкс.
Вот еще одна проблема с вашей схемой: вы нарисовали фототриак , который никогда не отключится при нарисованной вами нагрузке постоянного тока.
Кроме того, вы можете искать «изолированный драйвер ворот» для сотен готовых решений.
Что касается вашей новой схемы - управление полевым транзистором с выходом от оптопары может работать, но оптопары ограничены тем, какой ток они могут потреблять / отдавать, и у вас все еще есть основная проблема, которую необходимо преодолеть, - зарядка емкости затвор-исток 5 нФ.
В вашем расчете времени зарядки есть как минимум одна ошибка. Эквивалентное сопротивление источника делителя напряжения Thevenin составляет 952 Ом, а не 20 кОм. Большая разница. Во-вторых, вы должны использовать заряд затвора в нКл, а не емкость. Это также может быть большой разницей (в другую сторону).

Ответы (3)

Ниже я предлагаю то, что должно работать во многих приложениях, но, возможно, не в вашем (из-за высокой емкости затвора MOSFET). Из-за этого я бы подумал об использовании модуля изоляции постоянного тока для обеспечения изолированного питания цепей затвора на MOSFET. Вот схема, которая на 90% показательна:

введите описание изображения здесь

B2 будет питаться от преобразователя постоянного тока, а U1 также может быть изолирован, хотя на этой конкретной схеме обе стороны ответвителя показаны заземленными (прямо под U1). Такой преобразователь постоянного тока будет в порядке: -

введите описание изображения здесь

Он может непрерывно подавать 250 мА, и его можно использовать в сочетании с электролитическим конденсатором разумного размера для обеспечения сильного скачка тока, необходимого для зарядки затвора.

Я бы также рассмотрел простоту использования фотогальванического оптоизолятора, такого как Vishay VOM1271 .

введите описание изображения здесь

Он может включиться за 53 мкс при нагрузке 200 пФ и создать управляющее напряжение около 8 В, что делает его подходящим для многих полевых МОП-транзисторов. Конечно, если емкость затвора MOSFET составляет 2 нФ, то для включения потребуется около 0,5 миллисекунды.

  • На вашей диаграмме вы показываете оптопару-симистор, который здесь не подходит (полезно только с переменным током).

  • Обратите внимание, что независимо от того, что у вас есть в вашей оптопаре, вторичная обмотка должна выдерживать полные 300 В!

  • Для расчета зарядки вы должны предположить, что 5 нФ заряжаются от источника (1/21) * 300 = 14 В с сопротивлением 1/21 ~ = 1 кОм. Вы, кажется, предполагаете сопротивление 20k. Обратите внимание, что вы должны принять во внимание разряд тоже!

  • «Дискретным» решением может быть создание источника питания 14 В в области высокого напряжения с большим конденсатором и использование обычной оптопары и драйвера затвора.

Вы не указываете частоту, которую хотите достичь, что может быть важным фактором в дизайне.

Вы не думали об использовании трансформатора? На высоких частотах вы можете использовать небольшой импульсный трансформатор, но на частоте 50 Гц вам понадобится хороший трансформатор 1:1, предназначенный для звуковых частот.

Подключите scondary между источником и затвором MOSFET. Управляйте первичным сигналом, который вы хотите применить к воротам. Также подключите диод от истока к затвору, чтобы ограничить отрицательное колебание на затворе.

Как управлять полевым МОП-транзистором, работающим под высоким напряжением, сохраняя его изолированным от остальной схемы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v