Condensateur bootstrap dans un circuit de commande en demi-pont

Circuits intégrés - les pilotes demi-pont, tels que, par exemple, IR2153 ou IR2110, impliquent l'inclusion dans le circuit général d'un condensateur appelé bootstrap (détaché) pour une alimentation indépendante du circuit de commande de clé supérieure.

Alors que la touche inférieure est ouverte et conductrice de courant, le condensateur d'amorçage est connecté via cette touche inférieure ouverte au bus d'alimentation négatif, et à ce moment, il peut recevoir une charge via la diode d'amorçage directement à partir de la source d'alimentation du conducteur.

Lorsque la clé inférieure est fermée, la diode d'amorçage cesse de fournir une charge au condensateur d'amorçage, car le condensateur est déconnecté du bus négatif au même moment, et peut maintenant fonctionner comme source d'alimentation flottante pour le circuit de commande de porte de la clé de demi-pont supérieur.

Une telle solution est justifiée, car la puissance souvent requise pour la gestion des clés est relativement faible, et l'énergie consommée peut simplement être périodiquement renouvelée à partir de l'alimentation basse tension du conducteur directement pendant le fonctionnement de l'unité de puissance. Un exemple frappant est l'étage basse fréquence de sortie de presque tous les onduleurs basse puissance 12-220.

Quant à la capacité du condensateur bootstrap, elle ne doit être ni trop grande (pour pouvoir se recharger complètement à temps alors que la clé inférieure est ouverte) et pas trop petite pour non seulement décharger à l'avance sur les éléments du circuit, mais aussi pouvoir en garder constamment une quantité suffisante charger sans chute de tension notable, de sorte que cette charge est plus que suffisante pour le cycle de commande de la touche supérieure.

Par conséquent, lors du calcul de la capacité minimale d'un condensateur bootstrap, les paramètres significatifs suivants sont pris en compte: la charge de grille de la touche supérieure Qg, la consommation de courant de l'étage de sortie du microcircuit en mode statique Is, et la chute de tension à travers la diode bootstrap Vbd.

La consommation de courant de l'étage de sortie du microcircuit peut être prise avec une marge de Is = 1mA, et la chute de tension aux bornes de la diode doit être prise égale à Vbd = 0,7V. Quant au type de condensateur, il doit s'agir d'un condensateur avec un courant de fuite minimum, sinon le courant de fuite du condensateur devra également être pris en compte. Un condensateur au tantale est bien adapté pour le rôle d'amorçage, car les condensateurs de ce type ont le plus petit courant de fuite d'autres homologues électrolytiques.

Exemple de calcul

Supposons que nous devions sélectionner un condensateur d'amorçage pour alimenter le circuit de commande de clé supérieure d'un demi-pont assemblé sur des transistors IRF830 et fonctionnant à une fréquence de 50 kHz, et le commutateur de grille de la clé supérieure (la tension de commande en tenant compte de la chute de tension à travers la diode sera de 11,3 V) à cette tension 30 nC (la charge de grille complète Qg est déterminée par la fiche technique).

Laissez l'ondulation de tension sur le condensateur d'amorçage ne pas dépasser dU = 10 mV. Cela signifie que la principale variation de tension admissible sur le condensateur d'amorçage en un cycle de fonctionnement en demi-pont doit être apportée par deux consommateurs principaux: le microcircuit lui-même et la grille du pôle de champ qu'il contrôle. Ensuite, le condensateur sera rechargé à travers la diode.

Le cycle de développement du microcircuit dure 1/50000 seconde, ce qui signifie que lorsqu'il est consommé en mode statique 1 mA, la charge dissipée par le microcircuit sera égale à

Microcircuits Q = 0,001 / 50000 = 20 nC.

Porte Q = 30 nC.

Lors du retour de ces charges, la tension aux bornes du condensateur ne doit pas changer de plus de 0,010 mV. Ensuite:

SB * dU = microcircuit Q + porte Q.

Reset = (circuits Q + porte Q) / dU.

Pour notre exemple:

Cbt = 60 nl / 0,010 V = 6000 nF = 6,0 uF.

Nous choisissons un condensateur d'une capacité de 10 microfarads 16 V, au tantale. Certains développeurs recommandent de multiplier la capacité minimale du condensateur par 5-15, c'est sûr.Quant à la diode bootstrap, elle doit être à action rapide et résister à l'inverse de la tension maximale de la partie puissance du demi-pont.