ตัวเก็บประจุ Bootstrap ในวงจรควบคุมฮาล์ฟบริดจ์

วงจรรวม - ไดรเวอร์ครึ่งสะพานเช่น IR2153 หรือ IR2110 เกี่ยวข้องกับการรวมอยู่ในวงจรทั่วไปของตัวเก็บประจุ bootstrap (แยก) สำหรับแหล่งจ่ายไฟอิสระไปยังวงจรควบคุมปุ่มบน

ในขณะที่ปุ่มด้านล่างเปิดอยู่และกระแสไฟฟ้าตัวเก็บประจุบูทสแตรปจะเชื่อมต่อผ่านทางปุ่มเปิดด้านล่างนี้ไปยังบัสกำลังลบและในเวลานี้มันสามารถรับการชาร์จผ่านไดโอดบูทสแตรปโดยตรงจากแหล่งพลังงานของไดรเวอร์

เมื่อปุ่มล่างถูกปิดลง bootstrap diode จะหยุดจ่ายประจุให้กับตัวเก็บประจุ bootstrap เนื่องจากตัวเก็บประจุถูกตัดการเชื่อมต่อจากบัสเชิงลบในเวลาเดียวกันและขณะนี้สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานลอยสำหรับวงจรควบคุมประตูของกุญแจครึ่งสะพานบน

วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวมีความชอบธรรมเนื่องจากพลังงานที่จำเป็นสำหรับการจัดการคีย์มักมีขนาดค่อนข้างเล็กและพลังงานที่ใช้สามารถเติมเต็มได้เป็นระยะ ๆ จากแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำของผู้ขับขี่โดยตรงระหว่างการทำงานของหน่วยพลังงาน ตัวอย่างที่ชัดเจนคือช่วงความถี่ต่ำของเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์พลังงานต่ำเกือบ 12-220

สำหรับความจุของตัวเก็บประจุบูทสแตรปมันไม่ควรใหญ่เกินไป (มีเวลาในการชาร์จเต็มเวลาในขณะที่ปุ่มล่างเปิดอยู่) และไม่เล็กเกินไปดังนั้นไม่เพียง แต่จะไหลไปยังองค์ประกอบวงจรก่อนเวลา แต่ยังสามารถเก็บปริมาณที่เพียงพอได้ตลอดเวลา ชาร์จโดยไม่มีแรงดันตกที่เห็นได้ชัดเจนเพื่อให้การชาร์จนี้มีมากพอสำหรับรอบการควบคุมปุ่มบน

ดังนั้นเมื่อคำนวณความจุขั้นต่ำของตัวเก็บประจุบูทสแตรปพารามิเตอร์ที่สำคัญต่อไปนี้จะถูกนำมาพิจารณา: ขนาดของสวิทช์ประตู Qg การบริโภคในปัจจุบันของสเตจเอาต์พุตของ microcircuit ในโหมดคงที่คือและแรงดันตกคร่อม

การบริโภคในปัจจุบันของขั้นตอนการส่งออกของ microcircuit สามารถนำมาใช้กับขอบของ = 1mA และแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงทั่วไดโอดควรจะนำมาเท่ากับ Vbd = 0.7V สำหรับประเภทของตัวเก็บประจุนั้นจะต้องเป็นตัวเก็บประจุที่มีกระแสไฟรั่วน้อยที่สุดมิฉะนั้นจะต้องคำนึงถึงกระแสรั่วของตัวเก็บประจุด้วย ตัวเก็บประจุแทนทาลัมเหมาะสำหรับบทบาทบู๊ทสแตรปเนื่องจากตัวเก็บประจุประเภทนี้มีกระแสไฟรั่วน้อยที่สุดจากคู่อิเล็กโทรไลต์อื่น ๆ

ตัวอย่างการคำนวณ

สมมติว่าเราจำเป็นต้องเลือกตัวเก็บประจุบูทสแตรปเพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรควบคุมปุ่มบนของสะพานครึ่งหนึ่งที่ประกอบกับทรานซิสเตอร์ IRF830 และทำงานที่ความถี่ 50 kHz และค่าสวิทช์เกต (แรงดันไฟฟ้าควบคุมคำนึงถึงแรงดันตกคร่อมไดโอด 30 nC (คิดค่าบริการเต็มจำนวน Qg ขึ้นอยู่กับแผ่นข้อมูล)

ปล่อยให้แรงดันกระเพื่อมบนตัวเก็บประจุเริ่มต้นไม่เกิน dU = 10 mV ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตให้เปลี่ยนหลักในตัวเก็บประจุบูทสแตรปในรอบหนึ่งของการทำงานครึ่งสะพานควรนำโดยผู้บริโภคหลักสองราย ได้แก่ ไมโครวงจรและประตูของเสาสนามที่ควบคุมโดยมัน จากนั้นตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จผ่านไดโอด

วงจรการพัฒนาของ microcircuit ใช้เวลา 1/50000 วินาทีซึ่งหมายความว่าเมื่อใช้ในโหมดคงที่ 1 mA ประจุที่กระจายไปโดย microcircuit จะเท่ากับ

Q microcircuits = 0.001 / 50000 = 20 nC

Q gate = 30 nC

เมื่อคืนประจุเหล่านี้แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุไม่ควรเปลี่ยนแปลงมากกว่า 0.010 mV แล้ว:

SB * dU = Q microcircuit + Q gate

รีเซ็ต = (วงจร Q + ประตูเกต) / dU

สำหรับตัวอย่างของเรา:

Cbt = 60 nl / 0.010V = 6000 nF = 6.0 uF

เราเลือกตัวเก็บประจุที่มีความจุ 10 microfarads 16 V แทนทาลัม นักพัฒนาบางคนแนะนำให้คูณค่าความจุขั้นต่ำของตัวเก็บประจุ 5-15 เท่านั่นเองในส่วนของ bootstrap diode นั้นจะต้องทำงานได้อย่างรวดเร็วและทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของชิ้นส่วนพลังงานของ half-bridge เป็น reverse