Проблема: У меня есть логический сигнал (представленный SW1), скажем, от микроконтроллера, который является либо 0 В, либо каким-то низким напряжением, возможно, 5 В или 3,3 В. У меня есть источник питания более высокого напряжения (V1) и переключающее устройство (M1) на высокой стороне этого источника питания, подключенное к нагрузке.
Иногда есть H-мост, или половина H-моста, и мне нужно управлять транзистором(ами) высокой стороны (M2), но я думаю, что в основном это та же проблема:
Сложность в том, что мой логический выход только 0В или 5В, но мне нужны более высокие напряжения, например, 50В или 45В, для переключения транзистора высокой стороны. Я понимаю, что точное требуемое напряжение будет зависеть от выбранных транзисторов - мне просто интересно, как решить эту проблему в целом.
Есть ли простой способ сделать это, если мое приложение не очень требовательно? Если мне нужно сделать переключение быстро, скажем, для приложения ШИМ на частоте 50 кГц, есть ли более сложный способ сделать это?
Помимо ИС и изолированных решений (например, ИС переключателей высокой стороны, трансформаторов, оптопар и т.д. - то, что обычно используется в настоящее время), одним из простых решений является достаточно быстрая дискретная схема драйвера PMOS, подобная этой:
Очевидно, что вы можете просто использовать одну NPN версию, но подтягивание увеличивает возможности привода. Это только грубая идея, делитель может быть отрегулирован и добавлена защита, чтобы обеспечить соблюдение допуска Vgs. Эмиттерный резистор Q1' служит для предотвращения насыщения и удлинения времени выключения.
Моделирование на частоте 1 МГц - я добавил напряжение затвора (красный след), обратите внимание, что оно колеблется только ~7 В, оно следует за напряжением базы Q2/Q3 (при необходимости можно добавить зенер, как упоминалось):
Как насчет подтяжки затвора M1'а (P-FET) и N-FET (M2) от этого затвора к земле? Если вы подаете питание на M2, вы подтягиваете затвор M1 к низкому уровню, включая его. Если M2 выключен, подтягивающий резистор обеспечивает выключение M1.
Более подробная информация: P-FET M1 включается, если его затвор становится на несколько вольт ниже истока (стрелка). А N-FET M2 включается, если его затвор становится на несколько вольт выше источника. Таким образом, если приложить высокое напряжение к затвору M2'он будет включен, притягивая затвор M1 к низкому уровню. Это создает необходимое падение напряжения между затвором и истоком для включения M1. Поэтому подача напряжения на M2 приведет к включению M1.
Если вы сделаете затвор M2 низким, он выключится. Тогда затвор M1 будет подтянут к R1, и между затвором и истоком не будет разницы напряжений. Тогда M1 выключится.
Существует несколько основных решений:
гейт-трансформатор: вы сможете управлять обоими транзисторами в ноге с помощью одного трансформатора, но сам трансформатор может быть трудно спроектировать.
Полностью изолированные драйверы затворов: простое, но дорогое решение, поскольку вам потребуется обеспечить изолированное питание драйверов затворов высокой стороны. Это означает использование дорогих DC/DC-преобразователей или трансформатора с несколькими изолированными вторичными обмотками.
Схема бутстрапа: повышающие конденсаторы обеспечивают питание драйверов затворов высокой стороны. Эти конденсаторы заряжаются, когда мосфет с низкой стороной включен. Это дешевое решение, но вы должны быть уверены, что правильно запустили схему. Сначала включите все нижние мосфеты, чтобы зарядить повышающие конденсаторы. Только после этого можно правильно запустить преобразователь.