управление MOSFET с высокой и низкой стороны для синхронного понижающего преобразователя?

Обычно питание драйвера затвора верхней стороны осуществляется с помощью «загрузочного конденсатора».

В то время как низкая сторона включена, узел переключения становится низким, и конденсатор заряжается через диод. После отключения низкой стороны и включения высокой стороны драйвер затвора верхней стороны остается запитанным от накопленного заряда. Это ограничивает максимальный рабочий цикл и минимальную частоту переключения (поскольку вы не можете допустить слишком сильного проседания напряжения на конденсаторе), но дешево и легко реализуемо.

В конструкции стандартного моста Nch full-H используется ШИМ на стороне Lo для создания «повышенного напряжения подкачки заряда (последовательный конденсатор и отрицательный диод к Vdd для Vgs на стороне Hi).

Если вы используете микросхему SM72295MA, то вы получаете эти драйверы Hi/Lo для H-моста NCh, которые используются в качестве преобразователей «Double Buck» для регулирования PMMT с согласованным импедансом с PV и напряжением батареи, регулируемым как путем измерения V, I, так и управление током ШИМ через две катушки индуктивности с 4 полевыми транзисторами.

Он также имеет много других функций, которые вам понадобятся, например, дополнительные полевые транзисторы для защиты от обратного хода и т. д.

_---__--_-- ... ШИМ со стороны гетеродина ---||----(Vboost).----|<|----Vdd

Самое простое решение — использовать встроенный драйвер с выходами верхнего и нижнего плеча. Вот, например, LM5109B:

Драйвер нижнего плеча представляет собой простой буфер с высоким выходным током. Он управляет затвором полевого транзистора нижнего плеча и питается от вывода Vdd.

• Выберите драйвер с напряжением питания Vdd, совместимым с вашей схемой, и напряжением управления затвором, которое требуется вашим полевым транзисторам. Если для ваших полевых транзисторов требуется привод затвора 10 В, вы должны использовать драйвер с напряжением 10–12 В, а не 5 В.

Когда низкий полевой транзистор включен, он замыкает выходной узел «HS» на GND, поэтому напряжение на узле HS близко к 0 В. Колпачок начальной загрузки (верхний правый угол) заряжается до напряжения, близкого к Vdd, через диод начальной загрузки. Затем, когда нижний полевой транзистор отключается, драйвер верхнего плеча использует этот бутстрепный конденсатор в качестве источника питания для управления верхним полевым транзистором.

Это вводит одну большую проблему: если загрузочный колпачок не заряжен достаточным напряжением, верхний драйвер не будет работать.

Это означает, что низкий полевой транзистор должен включаться каждую миллисекунду или около того, чтобы перезарядить крышку. Эти драйверы не могут поддерживать верхний полевой транзистор включенным со 100% рабочим циклом. Если вам требуется 100% рабочий цикл, вам нужен драйвер со встроенным зарядным насосом, дополнительным источником питания или используйте PMOS в качестве верхнего полевого транзистора (с подходящим драйвером).

Это также означает, что если вы сделаете понижающий преобразователь, а узел HS подключен к индуктору, а затем к выходу понижающего преобразователя... При запуске, если на выходе 0 В, загрузочный колпачок будет заряжаться через диод. Однако, если нагрузкой является батарея или что-то, на что есть напряжение, то на узле HS может быть достаточно высокое напряжение, чтобы загрузочный колпачок не заряжался... и тогда верхний драйвер не будет работать. Поэтому, если вы хотите включить верхний полевой транзистор, вы должны сначала кратковременно включить нижний полевой транзистор, чтобы зарядить конденсатор, а затем вы можете включить верхний полевой транзистор.

Обратите внимание, что в некоторых чипах ОБА драйвера отключаются, если загрузочный колпачок не заряжен, что делает их невозможными для запуска при использовании в понижающем преобразователе, если на выходе присутствует достаточное напряжение. Поскольку вы делаете зарядное устройство для аккумулятора, вы должны проверить это в таблице данных.

Следующая ошибка, чип выше не имеет логики защиты от перекрестной проводимости. Если вы установите для обоих входов значение «Логическая 1», он сделает то, что вы просите, и включит оба полевых транзистора. Если они подключены к достаточно мощному источнику питания, ожидайте фейерверка.

Некоторые микросхемы обладают антиперекрестной проводимостью, но это может означать, что вы не можете выбрать мертвое время. Если вы выберете тот, который позволяет вам выбрать мертвое время, то вы должны выбрать правильное значение, чтобы убедиться в отсутствии перекрестной проводимости.

Наконец, некоторые микросхемы предлагают «эмуляцию диода» с внутренним аналоговым компаратором, который используется для управления нижним полевым транзистором. Это полезно, если вам нужна прерывистая проводимость в нижнем полевом транзисторе понижающего преобразователя, и вам не нравятся характеристики внутреннего полевого транзистора или вы хотите избежать потерь.

Также вы должны убедиться, что чип поддерживает частоту, которую вы будете использовать (посмотрите на тайминги), ток возбуждения в соответствии с вашими полевыми транзисторами, минимальное время включения / выключения, рассеиваемую мощность, мощность в режиме ожидания, если вы заботитесь о низком энергопотреблении, режим ожидания, подходящий пакет и тд и тп

Примечание. Полевые транзисторы имеют встроенный диод, который направлен в правильном направлении, чтобы пропустить напряжение на аккумуляторе, через который заряжается ваш понижающий преобразователь, поэтому, когда вы подключаете аккумулятор к выходу, он также будет питать вход, даже если нет источника питания. , что может вызвать проблемы, если вы не спроектируете его.

Так что убедитесь, что вы знаете обо всем этом... особенно о ловушках.

Затем в поиске DigiKey вы можете перейти к Gate Drivers и выбрать:

Конфигурация: полумост

High Side Voltage — Max (Bootstrap): должно быть выше Vin, поэтому давайте выберем от 55 до 600 В.

Этот кажется хорошим , у него есть анти перекрестная проводимость и регулируемое мертвое время. Вам нужно будет проверить некоторые спецификации и выбрать фаворита.

PS: для вашего полевого транзистора требуется как минимум 5-вольтовый затвор. Прочитайте это для получения дополнительной информации.