Kondensator rozruchowy w obwodzie sterowania półmostkowym

Układy scalone - sterowniki półmostkowe, takie jak na przykład IR2153 lub IR2110, obejmują włączenie do ogólnego obwodu tak zwanego kondensatora rozruchowego (odłączonego) w celu niezależnego zasilania górnego obwodu sterującego kluczem.

Podczas gdy dolny klucz jest otwarty i przewodzi prąd, kondensator ładowania jest podłączony przez ten otwarty dolny klucz do ujemnej szyny zasilania, i w tym czasie może odbierać ładunek poprzez diodę ładowania bezpośrednio ze źródła zasilania kierowcy.

Kiedy dolny klucz jest zamknięty, dioda ładowania początkowego przestaje dostarczać ładunek do kondensatora ładowania początkowego, ponieważ kondensator jest odłączony od szyny ujemnej w tym samym momencie, a teraz może działać jako pływające źródło zasilania dla obwodu sterującego bramą klucza połowy mostka.

Takie rozwiązanie jest uzasadnione, ponieważ moc często wymagana do zarządzania kluczami jest stosunkowo niewielka, a zużyta energia może być po prostu okresowo uzupełniana z niskonapięciowego zasilacza kierowcy bezpośrednio podczas pracy zespołu napędowego. Uderzającym przykładem jest wyjściowy stopień niskiej częstotliwości prawie każdego falownika małej mocy 12-220.

Jeśli chodzi o pojemność kondensatora ładowania początkowego, nie powinien on być ani zbyt duży (aby móc całkowicie naładować w czasie, gdy dolny klucz jest otwarty), ani niezbyt mały, aby nie tylko rozładować elementy obwodu przed czasem, ale także być w stanie stale utrzymywać wystarczającą ilość ładuj bez zauważalnego spadku napięcia, aby ładunek ten był wystarczający dla cyklu sterowania górnym klawiszem.

Dlatego przy obliczaniu minimalnej pojemności kondensatora ładowania początkowego brane są pod uwagę następujące istotne parametry: ładunek bramki górnego klawisza Qg, pobór prądu przez stopień wyjściowy mikroukładu w trybie statycznym Is oraz spadek napięcia na diodzie ładowania początkowego Vbd.

Pobór prądu stopnia wyjściowego mikroukładu można przyjąć z marginesem Is = 1mA, a spadek napięcia na diodzie należy przyjąć równy Vbd = 0,7 V. Jeśli chodzi o rodzaj kondensatora, musi to być kondensator o minimalnym prądzie upływowym, w przeciwnym razie należy również wziąć pod uwagę prąd upływowy kondensatora. Kondensator tantalowy dobrze nadaje się do roli ładowania początkowego, ponieważ kondensatory tego typu mają najmniejszy prąd upływowy z innych odpowiedników elektrolitycznych.

Przykład obliczeniowy

Załóżmy, że musimy wybrać kondensator ładowania początkowego do zasilania górnego klucza obwodu sterującego półmostka zamontowanego na tranzystorach IRF830 i działającego z częstotliwością 50 kHz, a przełącznik bramki górnego klucza (napięcie sterujące, biorąc pod uwagę spadek napięcia na diodzie, wyniesie 11,3 V) przy tym napięciu 30 nC (pełne ładowanie bramki Qg określa arkusz danych).

Niech napięcie tętni na kondensatorze ładowania początkowego nie przekracza dU = 10 mV. Oznacza to, że główna dopuszczalna zmiana napięcia na kondensatorze ładowania początkowego w jednym cyklu pracy półmostkowej powinna być spowodowana przez dwóch głównych odbiorców: sam mikroukład i bramę kontrolowanego przez niego bieguna pola. Następnie kondensator zostanie naładowany przez diodę.

Cykl rozwoju mikroukładu trwa 1/50000 sekund, co oznacza, że ​​przy zużyciu w trybie statycznym 1 mA ładunek rozproszony przez mikroukład będzie równy

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

Bramka Q = 30 nC.

Podczas zwracania tych ładunków napięcie na kondensatorze nie powinno zmieniać się o więcej niż 0,010 mV. Następnie:

SB * dU = mikroukład Q + bramka Q.

Reset = (obwody Q + bramka Q) / dU.

W naszym przykładzie:

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

Wybieramy kondensator o pojemności 10 mikrofaradów 16 V, tantal. Niektórzy programiści zalecają pomnożenie minimalnej pojemności kondensatora przez 5-15, więc prawdopodobnie to wystarczy.Jeśli chodzi o diodę bootstrap, musi ona działać szybko i wytrzymać maksymalne napięcie części mocy półmostka w odwrotnej kolejności.