Propósito del controlador de puerta en el amplificador de clase D

Los MOSFET de potencia suelen tener una capacitancia de puerta bastante grande, miles de pF. La unidad de corriente de salida de un comparador "estándar" estará en mA. Combine los dos y obtendrá una transición de nivel del voltaje de la puerta que cambia lentamente, donde lentamente significa menos de decenas de nanosegundos. El accionamiento lento de la compuerta significa una conmutación lenta de la carga del MOSFET, y eso hace que el MOSFET se caliente, lo que niega el valor del enfoque de clase D. Un controlador MOSFET, por otro lado, normalmente puede generar y absorber corrientes de pulso del orden de un amplificador. Esto proporciona la velocidad necesaria para que la clase D funcione correctamente.

Es cierto que el comparador tiene una capacidad de corriente relativamente baja en relación con la capacitancia del MOSFET, lo que conduciría a tiempos de conmutación lentos. Consulte ¿Qué es la capacidad del controlador de compuerta MOSFET y por qué me importa? Esta es una de las razones por las que verá controladores de compuerta en amplificadores de clase D (o realmente en cualquier aplicación que involucre MOSFET de potencia).

Hay otra razón. Si observa el esquema que publicó, ambos MOSFET son dispositivos de canal N. Esto significa que para encender el de arriba, algo necesita generar un voltaje que flote con la salida, porque la fuente del MOSFET de arriba está conectada a la salida. Si no tuviéramos este voltaje, no tendríamos una forma adecuada de conducir la puerta del transistor superior.

Una forma de evitar esto es usar un MOSFET de canal P para el lado alto. Sin embargo, esto introduce dos problemas:

• los dos MOSFET ahora no son idénticos, lo que podría introducir distorsión en la salida.
• en igualdad de condiciones, los MOSFET de canal P tienen una mayor resistencia que los MOSFET de canal N. La razón tiene que ver con la física de los semiconductores y la movilidad relativa de los huecos frente a los electrones.

Hay muchos controladores de medio puente integrados disponibles que incluyen una bomba de carga para generar ese voltaje de accionamiento de puerta flotante y toda la lógica de cambio de nivel para que la interfaz con ellos sea trivial.

Hay otros problemas sutiles con los medios puentes que los controladores de compuerta integrados generalmente ayudarán a resolver. Una es que nunca desea que ambos transistores estén encendidos a la vez, ya que efectivamente provocaría un cortocircuito en la fuente de alimentación. Esto se llama disparar a través . Los controladores de puerta integrados generalmente incluyen una lógica que hace que esto sea imposible, o al menos garantizan un retardo de propagación igual y una corriente de control de puerta igual en los lados alto y bajo, lo que facilita la vida.