¿Cómo conduzco un MOSFET de lado alto en un convertidor unipolar de CC-CA de baja potencia y alto voltaje?

Estoy trabajando en un controlador piezoeléctrico simple de dos etapas que consta de un convertidor flyback CC-CC (programable de 50 V a 250 V) y un inversor unipolar de medio puente CC-CA. ¡El convertidor flyback está funcionando muy bien!... Pero tengo problemas con la etapa DC-AC.

La etapa CC-CA toma la CC de alto voltaje generada por el convertidor flyback y crea un alto voltaje arbitrario (0v a Vboost) en V_out cuando Q_high (aumenta el voltaje) y Q_low (disminuye el voltaje) se activan o desactivan. Usando un divisor de voltaje para la retroalimentación V_out, comparo el voltaje de salida con mi forma de onda de referencia deseada en la memoria de mi procesador y genero los pulsos necesarios para crear la forma de onda arbitraria (Cuadrado, Triángulo, Sinusoide, diente de sierra, etc.).

Actualmente, la compuerta Q_high está siendo impulsada por mi MCU a 5 V, lo que obviamente no es lo suficientemente alto como para producir los Vg necesarios para mantener el transistor encendido a medida que aumenta Vout.

Empecé a leer sobre controladores de puerta y circuitos de arranque. El controlador de puerta IRS20752LPBF me llamó la atención, pero me preocupa que este dispositivo no funcione cuando mi voltaje de carga V_out cambie en función del tiempo.

Entonces, mi pregunta para todos: ¿cuál es un buen método para controlar el MOSFET del lado alto, dado que V_out es una forma de onda de CA (unipolar)? ¿Y puedo usar un controlador de puerta en esta aplicación?

Mis suposiciones: no necesito un circuito de arranque para controlar Q_high, ya que estoy bien manteniendo V_out 5V o más por debajo de V_boost. En segundo lugar, no puedo subir Q_high a V_boost cuando quiero encenderlo, y GND cuando quiero apagarlo, ya que violaría las clasificaciones máximas de Vgs; Necesito ser más inteligente y conducir la puerta con V_out (apagado) o Vout + Vth (encendido).

Controlador de alto voltaje DC-AC de doble etapa

Bueno, a pesar de sus preocupaciones, la respuesta sigue siendo un impulsor lateral alto.
Puede sujetar con diodo la compuerta a V_BOOST y conducirla a través de un capacitor, si no se excede el parámetro Vgs. Entonces su señal de 0 a 5V es V_BOOST-0.7 a V_BOOST+4.3.
@Andyaka Entonces, estoy de acuerdo en que un controlador de puerta es probablemente el camino a seguir. Refiriéndose al diagrama de conexión típico en la hoja de datos del IRS20752, no veo cómo el circuito boostrap podría generar suficiente voltaje para cargar la puerta de Q_high y generar un Vgs lo suficientemente grande, dado que Vout rara vez está en el potencial de tierra (también conocido como cuando el el condensador se cargaría). En todas las notas de aplicación que he leído, el MOSFET del lado bajo en el medio puente conduce a VS a tierra y carga el capacitor boostrap, por lo que el transistor del lado alto puede funcionar durante el siguiente período.
Bueno, debe indicar los valores para los niveles de voltaje de salida esperados que desea.
@CristobolPolychronopolis ¡Gracias! Realmente no entiendo cómo me ayudaría la fijación de diodos a V_boost... Estaba pensando en sujetar con diodos la compuerta a Vout para que Vgs siempre pudiera mantenerse por debajo de Vgs_max de 20V. Si Vg está en V_boost, definitivamente se violará Vgs_max
@Andyaka Gracias por responderme Andy. Por lo tanto, el riel de CC de alto voltaje V_boost es programable de 50 V a 250 V. Supongamos que lo ejecuto a 200 V en este ejemplo. Me gustaría que la amplitud de Vout oscile entre 0 V y 190 V, pulsando Q_high para cargar Vout y Q_low para descargar. Vout podría tomar la forma de una onda cuadrada, sinusoidal, triangular, etc., todas funcionando a una frecuencia programable (100 Hz actualmente).
Entonces use un controlador MOSFET de lado alto es mi consejo. Funcionará bien. El arranque funciona con el nivel de voltaje de salida pico a pico para generar un voltaje que es aproximadamente 12 voltios más alto que el voltaje de la fuente en el MOSFET superior.
¡Está bien! Para ser muy claro (lo siento, me preocupo), digamos que Vcc es impulsado por 15V. ¿El diodo de arranque no estaría siempre polarizado inversamente cuando Vout es mayor que 14.3V? Por ejemplo, cuando Vout es una onda sinusoidal, solo estaría por debajo de 14,3 V durante un período de tiempo muy, muy corto.
La abrazadera de diodo evita que la compuerta del canal N vaya más de una gota por debajo de V_BOOST cuando la unidad baja, cargando el límite a aproximadamente V_BOOST. Luego puede aumentar a 5 V por encima de ese nivel cuando la unidad se eleva. El ánodo debe estar conectado a V_BOOST y el cátodo a la puerta.

Respuestas (1)

Así que encontré una solución que no solo es súper simple, sino que funciona extremadamente bien. Todo lo que se requiere es una resistencia conectada entre la puerta y la fuente del transistor del lado alto, y un capacitor de bloqueo de CC conectado entre la salida de la MCU y la puerta del transistor.

La resistencia se asegura de que Vgs = 0 cuando se supone que el transistor está apagado, y hace que Vg rastree Vs para que nunca se viole Vgs. Cuando la salida de la MCU es baja, el capacitor se carga a Vo. Cuando la salida se cambia a alto, un lado del capacitor está a 5V y el otro ahora está a Vo + 5v. Mientras el transistor está encendido, el capacitor se descarga a través de la resistencia y Vgs disminuye ligeramente. Siempre que el ciclo de trabajo se mantenga corto (y RC largo), Vgs(th) siempre se cumplirá para todo el pulso alto.

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