Бутстрепное питание верхнего ключа на мегагерцовых частотах - возможно?

[Alex31]

Классическая мостовая схема из 4-х мосфетов, нагруженных на согласующий трансформатор. Для удобства, нарисовал только два транзистора:



На килогерцовых частотах схема питания верхнего ключа работает и вопросов нет. А вот на мегагерцовых? Например, 3.5МГц, или даже 7МГц. Будет такая реализация питания верхнего ключа работать?

Разделительный диод D3 - Шоттки, подобрал карбид-кремниевый, на высокое обратное напряжение и минимальную ёмкость п-н перехода на рабочем напряжении. Около 10пф: https://www.lcsc.com/datasheet/lcsc_..._C41428796.pdf



Выход оптодрайвера тоже классический, p-n пара полевиков:



Пробовал кто уже делать такое питание на высокой частоте? Какие подводные камни? Какая ёмкость должна быть С4,С5, если, к примеру на 3.5МГц и 15В драйвер потребляет около 150мА?

[z27]

Какие подводные камни?

Да хотя бы такие, что время отработки оптодройвера 500 нс...

[Alex31]

Да хотя бы такие, что время отработки оптодройвера 500 нс...

На даташит внимание не обращайте, этот оптодрайвер может усиливать меандр до 7-8МГц





Сейчас почитал литературу по диодам Шоттки, и там сказано, что, если в даташите не указана максимальная частота переключения, то она косвенно рассчитывается по ёмкости п-н перехода при рабочем напряжении. Эта ёмкость у меня 10пф, сл-но скорость переключения может превышать 300МГц. Таким образом, для 3-7МГц его скорости будет достаточно. Правильно ведь?

Меня вот волнует ёмкость накопительного конденсатора (С4,С5). Ведь, по логике, если его ёмкость будет слишком большой, то он не будет успевать заряжаться до 15В при открытии нижнего ключа с частотой 3-7МГц? Или успеет? Как правильно рассчитать его номинал?

[z27]

Эта ёмкость у меня 10пф, сл-но скорость переключения может превышать 300МГц.

Каким образом Вы вычислили эту частоту?

Как правильно рассчитать его номинал?

Я бы оставил там только 0.1 мкФ, и всё-таки, последовательно с диодом хотя бы 100 ом резистор поставил.
И имейте в виду, что для нормального заряда конденсатора у верхнего драйвера, транзисторы должны доходить практически до полного открытия - ведь на конденсаторе будет оставаться 15 В минус падение напряжения на диоде, минус падение напряжения на нижнем транзисторе.
А в AT3120, по идее, обязана быть система отслеживания питания, отключающая работу при его снижении ниже определённого предела, обычно этот предел не ниже 10 В - гляньте даташит.
И ещё - по моему опыту работа подобных схем на частотах даже сотни килогерц без защитного интервала в управляющих импульсах чревата выходом транзисторов из строя...

[sharp]

Читаем, рассчитываем!

[Alex31]

Я бы оставил там только 0.1 мкФ, и всё-таки, последовательно с диодом хотя бы 100 ом резистор поставил.

1. Взял 100нф керамический кондёр, реальная ёмкость 96нф, ESR около 3Ом (на частоте 10кГц)



2. Смоделировал схему.

C1-R3 это аналог реального конденсатора. На осциллографе DC



И AC



В принципе, при 100нф схема такого питания работает. R1 имитирует работу нагруженного оптодрайвера. Пульсации, конечно высоковаты со 100нф 3Ом ESR кондёром. Надо будет искать лоу-еср керамику. А почему вы решили именно 100нф поставить, чем обусловлено такой выбор ёмкости?

3. Транзисторы будут полностью открываться.

4. Именно для того, чтобы обеспечить "защитный интервал" между ключами, а говоря проще - для уменьшения сквозного тока через ключи и решил попробовать поставить оптодрайверы, поскольку недавно обнаружил у них замечательную особенность - регулируя ток через светодиод, на высоких частотах можно в небольших пределах менять скважность выходного меандра.

5. Про 300МГц формулу подсказал китайский справочник, примерная скорость переключения диода Шоттки tswitch​≈R⋅Cj​ , где R - нагрузка в цепи диода, а Сj - ёмкость п-н перехода при рабочем обратном напряжении.

обычно этот предел не ниже 10 В

Ниже 12.7В примерно оптодрайвер уже не работает, проверено на практике.

Добавлено через 6 минут(ы):

последовательно с диодом хотя бы 100 ом резистор поставил.

Какая роль этого резистора, и почему именно 100 Ом?

Добавлено через 40 минут(ы):

и всё-таки, последовательно с диодом хотя бы 100 ом резистор поставил.

Кажется, понял назначение этого резистора. Снижать пусковой, зарядный ток конденсатора через открытый канал мосфета, верно?

Поставил токовой шунт в цепь мосфета, шкала на осциллографе 1В = 1А. Поставил ограничительный резистор R4 последовательно с диодом. 100Ом это слишком много, т.к. сопротивление нагрузки драйвера 75Ом. При 100Ом резисторе напряжение на драйвере просядет до 7В. Далее. Уменьшил у конденсатора С1 ESR с 3Ом до 100мОм, вдруг найду такой, либо группу 3-х штук в параллель. Результаты.

1. Ограничительный резистор в цепи диода условно отсутствует. При 100нф 0.1Ом конденсаторе зарядный ток через мосфет достигал 50А



2. Затем ограничительный резистор постепенно увеличивал и достиг 5Ом. Зарядный ток через мосфет уменьшился до 2А



3. Однако, из-за 5Ом резистора, напряжение на драйвере просело с 14.2В до 13.2В. Это не дело, поскольку и оптодрайвер уже на пороге отключения, и мосфет уже не полностью будет открываться.



4. Единственное решение проблемы, увеличить питающее напряжение с 15 до 17В. Зарядный ток вырос до 2.5А, что безопасно для мосфета. Напряжение на оптодрайвере, с учётом падения ещё и на диоде Шоттки вернулось к 15В.



В принципе, что, всё? Схему можно проектировать в железе?) Или что-то ещё упустили?)

[Alex31]

Читаем, рассчитываем!

Прочитал. Там сказано, что для IGBT транзисторов ещё нужно ставить резистор по массе. На схеме красным его нарисовал, R13.



Но, у меня же мосфеты, поэтому, нужен ли этот резистор? И если да, то, как его рассчитать?

[z27]

Снижать пусковой, зарядный ток конденсатора через открытый канал мосфета, верно?

Да. И питание драйверов есть смысл поднять хоть до 20 В, любой мосфет это выдержит...

Снижать пусковой, зарядный ток конденсатора через открытый канал мосфета, верно?

Да. И питание драйверов есть смысл поднять хоть до 20 В, любой мосфет это выдержит...

нужен ли этот резистор?

Никогда не ставил.

[Alex31]

И питание драйверов есть смысл поднять хоть до 20 В, любой мосфет это выдержит..

Не, с теми мосфетами, которые буду применять это не нужно:



Во-первых, для них 15В - максимально полное открытие по даташиту, а 19В - предел прочности.
Во-вторых, из-за ключевого режима работы на стоке-истоке всегда, неизбежно появляется ВЧ звон, который, через внутреннюю ёмкость транзистора и окружающий монтаж попадает на затвор и повышает напряжение ещё выше. Нужно наоборот, стремиться опускать напряжение затвора, до разумных пределов, конечно, чтобы не наступала деградация перехода от недооткрытия и перегрева.

И главное, оптодрайвер не рассчитан на такие частоты, просто китайские конструкторы удачно так его сделали, что он может работать на мегагерцовых частотах. А чем выше частота и напряжение, тем он ещё сильнее будет греться. Вот, можете почитать) http://www.cqham.ru/forum/showthread...E8%E0%ED%F2%FB

Я бы вообще опустил напряжение до 13В, но, это уже почти минимум для текущего оптодрайвера. Исследовал оптодрайверы этой же компании, которые могут работать от 8В, но, на таких частотах уже не могут.

[z27]

19В - предел прочности.

А что там за транзисторы? Реально вот эти?
Когда будете включать, полное питание на оконечник не давайте, поднимайте постепенно с контролем потребляемого тока и температуры.