Circuito di bootstrap per driver MOSFET high-side

Conosco molto bene il funzionamento dei driver bootstrap sui circuiti integrati dei driver MOSFET per la commutazione di un MOSFET high-side canale N. L'operazione di base è trattata in modo esauriente su questo sito e altri.

Quello che non capisco sono i circuiti dei driver high-side stessi. Poiché un buon driver spinge e tira grandi quantità di corrente, ha senso che all'interno dell'IC esista un'altra coppia di transistor per pilotare il pin VH alto o basso. Diversi fogli dati che ho visto sembrano indicare che usano una coppia P-channel / N-channel (o PNP / NPN). Togliendo il costrutto del chip IC, immagino che il circuito assomigli a questo:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Sembra che abbiamo appena introdotto un problema di ricorsione. Supponendo che il nodo contrassegnato come "mobile" possa essere qualsiasi tensione arbitrariamente alta, come sono guidati M3 e M4 che non hanno bisogno di un altro driver per guidare il driver ( e così via e così via )? Ciò presuppone anche che il driver high-side sia in definitiva controllato da un segnale a livello logico di qualche tipo.

In altre parole, data una tensione fluttuante arbitrariamente alta, come viene attivato l'azionamento push-pull di M3 e M4 da un segnale a livello logico che proviene da fuori dal chip?

Punto di chiarimento : la domanda specifica che sto ponendo ha a che fare solo con l'attivazione dell'unità bootstrap push-pull high-side con un segnale a livello logico. Quando la tensione high-side è relativamente bassa, riconosco che è banale. Ma non appena le tensioni superano i valori nominali tipici di Vds e Vgs sui transistor, questo diventa più difficile da fare. Mi aspetterei un qualche tipo di circuito di isolamento da coinvolgere. Esattamente come appare quel circuito è la mia domanda.

Riconosco che se M4 è un FET (o PNP) del canale P, non è necessario un altro circuito di bootstrap. Ma ho difficoltà a concepire un circuito che genererà i Vgs corretti sia per M4 che per M3 poiché i transistor esterni vengono commutati avanti e indietro.

Ecco le schermate da due diversi fogli dati che mostrano un circuito simile a quello che ho disegnato sopra. Né entrare nei dettagli sul circuito del driver "scatola nera".

Dal MIC4102YM :

E il FAN7380 :

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

$V_{cc}$$V_\text{High Voltage}$$V_{BS}$

$V_\text{Boot Strap}$

Nello schema seguente, VCC è la sorgente di tensione del resto del circuito. Quando il MOSFET è spento, la terra del circuito della cinghia di avvio è collegata alla terra del circuito, quindi C1 e C2 si caricano fino al livello di Vcc. Quando arriva il segnale di ingresso per accendere il MOSFET, la massa del circuito di pilotaggio del gate aumenta fino alla tensione di drain del MOSFET. Il diodo D1 bloccherà questa alta tensione, quindi C1 e C2 forniranno il circuito di pilotaggio durante il tempo di accensione. Una volta spento il MOSFET, C1 e C2 ricaricano le loro cariche perse da VCC.

Criteri di design:

• RB deve essere scelto il più basso possibile che non danneggi D1.
• La capacità di C2 deve essere scelta a sufficienza per alimentare il circuito di pilotaggio nel tempo più lungo possibile.
• $V_\text{High Voltage} - V_\text{CC}$

Il segnale di ingresso deve essere isolato dal circuito della cinghia di avvio. Alcuni possibili isolatori sono:

accoppiatore ottico

$\mu$$\mu$

Trasformatore di impulsi

Il trasformatore di impulsi è un tipo spaziale di trasformatore per il trasferimento di impulsi rettangolari. Hanno un minor numero di spire al fine di evitare la capacità parassita e l'induttanza e nuclei più grandi per compensare la perdita di induttanza dovuta al ridotto numero di spire. Sono molto più veloci degli accoppiatori ottici. I tempi di ritardo sono generalmente inferiori a 100 ns. L'immagine sopra è solo a scopo illustrativo. In pratica, la corrente che possono fornire non è sufficiente per guidare velocemente un MOSFET; quindi in pratica hanno bisogno di circuiti aggiuntivi.

Driver di gate isolato

La guida isolata del cancello è una tecnologia relativamente nuova. Tutta la complessità della guida del gate è incapsulata in un singolo chip. Sono veloci come i trasformatori di impulsi, ma possono fornire alcuni ampere di corrente di picco. Alcuni prodotti contengono anche convertitori DC-DC isolati su chip, quindi non hanno nemmeno bisogno di reimpostare l'avvio. Tuttavia, tutte queste super funzionalità hanno un costo.

Ehm, l'IC ha un circuito interno di "spostamento di livello".

E il circuito di spostamento di livello forse è così, questo è simile con FAN7380:

$V_{SRC}$$V_{BST}$

E sotto è lo schema a blocchi di IR2110 (From International Rectifier AN978-b):