Convertidor reductor N-Mosfet de lado bajo

A menudo veo esquemas de convertidores reductores básicos. La mayoría de estos esquemas usan un P-MOSFET como interruptor lateral alto.

¿Por qué se prefiere este diseño a un convertidor reductor N-MOSFET de lado bajo?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Funcionaría este diseño? La carga es un ventilador de 12 V, 3,6 W. El MOSFET se accionaría directamente desde el microcontrolador en PWM, lógica de 5 V, frecuencia portadora de 32 kHz.

Si apago el mosfet, ¿cómo puede la carga obtener 15V? ¿Qué quieres decir con volteado?
Nunca había visto un convertidor de dinero así. No estoy 100% seguro de que no funcione, parece que el mosfet y el diodo cambian la tierra, mientras que la entrada permanece conectada a la salida. De hecho, usaría nmos en lugar de pmos, porque entonces tienes un potencial fijo en la fuente. La ventaja de este circuito con respecto al clásico es que si funciona estás pinchando el circuito boostrap.
No veo ningún defecto en este circuito, excepto que la carga no está referenciada a tierra sino a positivo.
@Marko. La carga es un ventilador. No estoy seguro de cuánto importa la referencia de nivel aquí.
En mi opinión, también puede eliminar tanto L como C. Especialmente no necesitas 6.8H, eso es realmente enorme. El problema podría ser que el ventilador sea de tipo sin escobillas y no funcione en absoluto.
Necesito enviar una señal filtrada al VENTILADOR, voltaje de CC constante con ondulación baja
Realmente no deberías aceptar una respuesta tan rápido. Ahora es posible que nunca sepa lo que otras personas podrían haber dicho. Lo mejor es esperar 24 horas por lo menos. De esa manera, todos en todo el mundo tienen un día de vigilia para responder.
@Marko: la falla es el alto dV / dt del voltaje de modo común de la carga. Si bien la carga en sí estará bien, nunca pasará la prueba de emisiones radiadas. Ni siquiera cerca.
@Olin. Su respuesta fue tan completa que creo que cualquier otra cosa sería pálida en comparación. ;-)

Respuestas (4)

Sí, eso funciona.

La ventaja es que el interruptor del lado bajo es más fácil de controlar, ya que su entrada está referenciada a tierra.

La desventaja es que la carga no está referenciada a tierra. Si está seguro de que tiene una carga flotante, entonces esto es algo muy válido. Usualmente conduzco solenoides con un circuito similar, por ejemplo. Esta topología también funciona si la carga es la primaria del transformador en un conmutador flyback.

Por ejemplo, aquí hay un fragmento de un esquema en el que estoy trabajando actualmente. El producto es una pieza de equipo industrial.

Tenga en cuenta que puede voltear el inductor y la carga. Eso fija un lado de la carga al suministro positivo, lo que reduce la oscilación de voltaje de modo común de la carga.

En este caso, agregué un inductor deliberado, aunque la carga es lo suficientemente inductiva para suavizar los pulsos individuales. El motivo de L6 y C30 es filtrar las oscilaciones de tensión en el cable SolValve. Sin estos dos componentes, ese cable transportaría los pulsos de conmutación completos. Eso causaría muchas emisiones de RF.

Tenga en cuenta el diodo Schottky para capturar los pulsos de corriente de retorno. Los diodos Schottky son buenos para esto siempre que el voltaje no sea demasiado alto. 24 V está dentro del rango donde tiene sentido un diodo Schottky.

Quizás se pregunte por qué me preocupan los pulsos cuando el solenoide que se acciona tiene una capacidad nominal de 24 V, y ese también es el voltaje de suministro disponible. Simplemente podría encender Q6 para encender la válvula solenoide. Sin embargo, eso requiere mucho poder. Planeo encender Q6 durante aproximadamente 500 ms para activar inicialmente el solenoide, luego retroceder a una corriente promedio más baja usando PWM. El ciclo de trabajo de PWM se elegirá para garantizar la corriente de retención a través del solenoide, a diferencia de la corriente de activación inicial. Se especifica que muchos relés y solenoides requieren menos corriente (o voltaje) para mantenerlos activados de lo que se necesita para activarlos inicialmente.

La principal ventaja de esta topología es que es fácil controlar el interruptor del lado bajo. En este caso, la señal de la VÁLVULA proviene directamente de una salida digital del microcontrolador de 0 a 3,3 V. Este FET en particular está clasificado para una resistencia de encendido máxima de 37 mΩ con un controlador de compuerta de 2,5 V. A 285 mA, solo disipará 3 mW. Eso no es suficiente para que notes el aumento de temperatura al tocarlo con un dedo.

gracias Olin. Supongo que al reducir el voltaje de modo común, su objetivo es reducir la EMI, ¿correcto?
@Fran: Sí. ---
bien lo tengo Ahora estaba pensando en las emisiones radiadas. Usted mencionó que, por razones obvias, el diseño tal como está no pasaría la prueba. ¿Podría explicar la diferencia, en términos de EMI, entre su circuito y el que publiqué? Me interesa saber si también se trata de una cuestión de voltaje flotante o ruta actual.
+ 1 por tu buena respuesta. Al menos has cerrado la boca a los que decían que ese concepto de dólar no puede funcionar.
Esto me recuerda al circuito básico del controlador de relé basado en un microcontrolador. En ese circuito, colocamos un diodo de rueda libre en la bobina del relé inductivo.
@ShantanuGupta: ¿Para qué crees que es D5?
@DaveTweed D5 es para conducción libre. Cuando MOSFET se enciende, carga el inductor, pero si enciende el mosfet, el inductor forzará un gran voltaje en el mosfet debido a di / dt. El diodo D5 proporciona un camino a la corriente inductiva.
El circuito funcionará, pero hay algunos "errores" potenciales. El funcionamiento del diodo flyback (D5) depende de la presencia de la carga para proporcionar una ruta de corriente para la energía almacenada en L6. Si se quitara la carga mientras el circuito está en funcionamiento, el voltaje en L6 aumentaría sin límites y ocurrirían cosas malas.

Secundo el consejo de Olin, así que aquí está su lista de compras:

A 300 mA, IRFR3910 es excesivo, ya que tiene 2 ventiladores, elija cualquier FET dual SO-8 económico con Qg bajo para una corriente de accionamiento de compuerta baja. Agregue una resistencia de compuerta para reducir la velocidad de los bordes y evitar EMI. A 32 kHz, no necesita un tiempo de conmutación de 10 ns, 1 µs estará bien.

Use un diodo schottky para una recuperación rápida (también menos EMI en modo discontinuo).

Inductor blindado .

Para voltajes de salida bajos, también puede reducir la frecuencia ... pero es poco probable que use voltajes de salida muy bajos, ya que el ventilador no arrancaría.

Gracias. La razón por la que queremos ir a 32 khz es para eliminar cualquier posible ruido audible que podría generar la conmutación.
Estaba pensando en conducir los 2 ventiladores en paralelo.

¿Qué pasa con la retroalimentación para regular la salida? Como la carga no está referenciada a tierra, un divisor directo de la salida no funcionará. Tendrá que usar un optoacoplador para cambiar la referencia a tierra.

Bienvenido a SX.EE. Esta no es una respuesta completa, es más una aclaración. en este caso, utilice la función de comentario en lugar de la respuesta.

He diseñado convertidores de dinero con esta configuración exacta y funciona muy bien. La principal diferencia, en cuanto a la aplicación, es que debe conectar dos cables a su carga. Aparte de eso, es más fácil de controlar, los cálculos y el rendimiento son los mismos, incluso mejores, porque es más fácil/más barato encontrar MOSFET de canal N de baja resistencia.

Convertidor reductor N-Mosfet de lado bajo
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