Cuando manejamos un MOSFET de lado alto, tenemos la opción de arrancar o usar una bomba de carga. Supongamos que mi frecuencia de operación es muy alta. ¿Qué método debo elegir para conducir el MOSFET de lado alto?
Una bomba de carga le dará más flexibilidad.
Bootstrapping es esencialmente una bomba de carga operada por los principales dispositivos de conmutación.
La ventaja del arranque es el bajo costo, generalmente un solo condensador externo y un diodo. Los diodos son internos al IC de conducción si se utiliza un IC de controlador integrado.
Una bomba de carga separada requiere un reloj y normalmente dos diodos más un condensador de bomba s. Los componentes (generalmente con tapas externas) pueden estar contenidos en un circuito integrado de bomba de carga personalizado. Esto requiere más espacio y puede costar un poco más que el arranque.
Una bomba de carga tiene las siguientes ventajas:
Todavía funciona cuando el ciclo de trabajo se acerca al 0 % o al 100 % (a diferencia del arranque).
Funciona con el cambio de carga tan lento como quieras.
No está obligado a cumplir con las restricciones impuestas por el sistema principal, por ejemplo, la velocidad del reloj.
En su caso, el último punto es probablemente importante. Puede diseñar la bomba de carga para que funcione de manera óptima sin tener que lidiar con una frecuencia de reloj alta o un comportamiento de conducción de carga. Sin embargo, muchas personas usan bootstrapping con resultados aceptables.
Las ventajas del circuito de arranque son su simplicidad y los rápidos tiempos de conmutación, pero para mantener cargado el condensador de arranque, el dispositivo activado por MOS debe apagarse periódicamente. Esto se aplica tanto a los Mosfet como a los IGBT.
Con la adición de una bomba de carga simple, se puede lograr tanto la conmutación rápida del circuito de arranque como el tiempo de funcionamiento ilimitado del circuito de la bomba de carga.
Un tema bastante antiguo, pero falta una cosa importante:
El voltaje de medio puente puede obligarlo a NO usar bombas de carga.
No hay bombas de carga prácticas que permitan suministrar 20 V a un interruptor lateral alto con compensación de tierra de 400 V. Las bombas de carga son más una cosa de bajo voltaje (las he visto con un voltaje de bus de hasta 60 V con algunos trucos para evitar corrientes inversas) pero, sinceramente, no las usaría sin una razón por encima del voltaje de bus de 24 V. Por razón quiero decir, si no lo sabe, solo predetermina el arranque. La bomba de carga tiene una limitación de corriente que es independiente de la frecuencia de conmutación principal. Con el aumento de la frecuencia principal, la carga del controlador de compuerta aumenta y puede exceder la capacidad de la bomba de carga. Los bootstraps funcionan con la misma frecuencia que los interruptores, por lo que tienen una capacidad de corriente directamente proporcional: el aumento de la frecuencia aumenta tanto la corriente de carga del controlador de compuerta como la corriente de suministro del controlador de compuerta. Al menos hasta que la recuperación inversa del diodo sea predominante.
Una buena razón para usar la bomba de carga (como se dijo anteriormente) es el ciclo de trabajo bajo donde el lado bajo ya no se enciende el tiempo suficiente para que funcione el arranque. Este rara vez es el caso en un sistema de alto voltaje que tiene más margen de voltaje y también explica por qué todas las fuentes de alimentación de CA/CC utilizan arranque.
Tenga en cuenta que, en algún momento, incluso el arranque se vuelve poco práctico (por lo general, un voltaje de bus de más de 600 V o una frecuencia demasiado alta para que el diodo se bloquee correctamente). Esos sistemas usan un transformador para alimentar el lado alto.
La verdadera limitación es el voltaje de funcionamiento de los controladores. He usado un HIP4086 a 40 voltios en un motor de accionamiento, la pieza funciona bien. El controlador de motor de aplicación ha estado en producción durante un tiempo con cantidades de 200k piezas durante algunos años.
Analog Devices fabrica algunas piezas más nuevas con la unidad de compuerta aislada como parte del IC. Hay bueno a 600 voltios. Serie de números de pieza de potencia ISO como adum5230. Es bueno tener el voltaje de conmutación al 100%, esto hace un uso completo del voltaje de suministro para alcanzar la velocidad máxima del motor.
Andy alias