H- 브리지 부트 스트랩

부트 스트랩 핑은 N 채널 MOSFET을 사용하는 모든 H 브리지 또는 풀 브리지 네트워크에서 찾을 수있는 중요한 측면입니다.

하이 사이드 MOSFET의 게이트 / 소스 단자가 드레인 전압보다 10V 이상 높은 전압으로 스위칭되는 프로세스입니다. 즉, 드레인 전압이 100V이면 100V를 드레인에서 하이 사이드 MOSFET의 소스로 완전히 전송할 수 있으려면 유효 게이트 / 소스 전압이 110V 여야합니다.

없이 부트 스트랩 동일한 MOSFET을 사용하는 H- 브리지 토폴로지는 단순히 작동하지 않습니다.

단계별 설명을 통해 세부 사항을 이해하려고 노력할 것입니다.

부트 스트래핑 네트워크는 H- 브리지의 4 개 장치가 모두 극성과 동일한 경우에만 필요합니다. 일반적으로 이들은 n 채널 MOSFET입니다 (4 개의 p 채널은 명백한 이유로 사용되지 않음).

다음 이미지는 표준 n 채널 H 브리지 구성을 보여줍니다.

이 MOSFET 토폴로지의 주요 기능은이 다이어그램에서 '부하'또는 변압기 1 차를 플립 플롭 방식으로 전환하는 것입니다. 즉, 연결된 변압기 권선에 교류 푸시 풀 전류를 생성하는 것입니다.

이를 구현하기 위해 대각선으로 배열 된 MOSFET이 동시에 ON / OFF로 전환됩니다. 그리고 이것은 대각선 쌍에 대해 교대로 순환됩니다. 예를 들어 Q1 / Q4와 Q2 / Q3 쌍은 교대로 ON / OFF로 전환됩니다. Q1 / Q4가 ON이면 Q2 / Q3은 OFF이고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

위의 동작은 전류가 연결된 변압기 권선에서 번갈아 극성을 변경하도록합니다. 이것은 차례로 변압기의 2 차측에 유도 된 고전압이 극성을 변경하여 변압기의 2 차 측에서 의도 한 AC 또는 교류 출력을 생성합니다.

High-Side Low-Side Mosfet이란?

상단 Q1 / Q2는 하이 사이드 MOSFET이라고하고 하단 Q3 / Q4는 로우 사이드 MOSFET이라고합니다.

로우 사이드 MOSFET에는 접지선에 적절하게 연결된 기준 리드 (소스 단자)가 있습니다. 그러나 하이 사이드 MOSFET은 기준 접지선에 직접 액세스 할 수 없으며 대신 변압기 1 차측에 연결됩니다.

MOSFET의 '소스'단자 또는 BJT의 이미 터가 정상적으로 부하를 전도하고 전환 할 수 있도록하려면 공통 접지선 (또는 공통 기준선)에 연결되어야합니다.

H- 브리지에서는 하이 사이드 MOSFET이 공통 접지에 직접 액세스 할 수 없기 때문에 일반 게이트 DC (Vgs)로 효과적으로 켜는 것이 불가능 해집니다.

여기에서 문제가 발생하고 부트 스트랩 네트워크가 중요해집니다.

이것이 문제인 이유는 무엇입니까?

우리는 BJT가 완전히 전도하기 위해베이스 / 이미 터 사이에 최소 0.6V가 필요하다는 것을 알고 있습니다. 마찬가지로 MOSFET이 완전히 전도하려면 게이트 / 소스에 약 6 ~ 9V가 필요합니다.

여기서 '완전히'는 게이트 /베이스 전압 입력에 응답하여 MOSFET 드레인 전압 또는 BJT 콜렉터 전압을 각 소스 / 이미 터 단자로 최적으로 전달하는 것을 의미합니다.

H- 브리지에서 로우 사이드 MOSFET은 스위칭 매개 변수에 문제가 없으며 특수 회로 없이도 정상적이고 최적으로 스위칭 할 수 있습니다.

이는 소스 핀이 항상 0 또는 접지 전위에 있기 때문에 게이트가 소스보다 지정된 12V 또는 10V에서 상승 할 수 있기 때문입니다. 이는 MOSFET의 필수 스위칭 조건을 충족하고 드레인 부하를 완전히 접지 수준으로 끌어 올릴 수 있도록합니다.

이제 높은 쪽 mosfets를 관찰하십시오. 게이트 / 소스에 12V를 적용하면 MOSFET은 초기에 잘 응답하고 소스 단자로 드레인 전압을 전도하기 시작합니다. 그러나 이것이 발생하는 동안 부하 (변압기 1 차 권선)의 존재로 인해 소스 핀이 상승 전위를 경험하기 시작합니다.

이 전위가 6V 이상으로 상승하면 더 이상 전도 할 '공간'이 없기 때문에 MOSFET이 정지하기 시작하고 소스 전위가 8V 또는 10V에 도달하면 MOSFET이 전도를 중지합니다.

다음의 간단한 예제를 통해 이것을 이해해 봅시다.

여기에서 부하가 MOSFET의 소스에서 연결된 것을 볼 수 있으며 H 브리지에서 Hi-side MOSFET 조건을 모방합니다.

이 예에서 모터 양단의 전압을 측정하면 드레인 측에 12V가 적용되지만 7V에 불과하다는 것을 알 수 있습니다.

이는 12-7 = 5V가 최소 게이트 / 소스 또는 V이기 때문입니다._GS그것은 전도를 유지하기 위해 mosfet에 의해 활용되고 있습니다. 여기서 모터는 12V 모터이므로 여전히 7V 공급으로 회전합니다.

드레인에 50V 전원이 공급되고 게이트 / 소스에 12V가있는 50V 모터를 사용했다고 가정하면 소스에서 7V 만 표시되어 50V 모터에서 전혀 움직임이 발생하지 않을 수 있습니다.

그러나 MOSFET의 게이트 / 소스에 약 62V를 적용하면. 그러면 MOSFET이 즉시 켜지고 소스 전압이 최대 50V 드레인 레벨에 도달 할 때까지 빠르게 상승하기 시작합니다. 그러나 50V 소스 전압에서도 62V 인 게이트는 소스보다 62-50 = 12V 더 높아 MOSFET과 모터의 완전한 전도를 가능하게합니다.

이는 위의 예에서 게이트 소스 단자가 50V 모터에서 최대 속도 스위칭을 활성화하기 위해 약 50 + 12 = 62V를 필요로한다는 것을 의미합니다. 이것은 MOSFET의 게이트 전압 레벨을 지정된 12V 레벨에서 적절하게 상승시킬 수 있기 때문입니다. 소스 위에 .

왜 Mosfet이 그렇게 높은 Vgs로 타지 않습니까?

왜냐하면 게이트 전압 (V_GS)가 적용되면 드레인 측 고전압이 즉시 켜지고 소스 단자에서 돌진하여 초과 게이트 / 소스 전압이 취소됩니다. 마지막으로 유효 12V 또는 10V 만 게이트 / 소스에서 렌더링됩니다.

즉, 100V가 드레인 전압이고 110V가 게이트 / 소스에 적용되면 드레인의 100V가 소스에서 돌진하여 적용된 게이트 / 소스 전위 100V를 무효화하여 플러스 10V 만 절차를 작동 할 수 있도록합니다. 따라서 MOSFET은 타지 않고 안전하게 작동 할 수 있습니다.

부트 스트랩 핑이란?

위의 단락에서 우리는 H 브리지의 하이 사이드 MOSFET에 대한 Vgs로 드레인 전압보다 약 10V 더 높은 것이 정확히 필요한 이유를 이해했습니다.

위의 절차를 수행하는 회로 네트워크를 H- 브리지 회로에서 부트 스트랩 네트워크라고합니다.

표준 H 브리지 드라이버 IC에서 부트 스트래핑은 하이 사이드 MOSFET의 게이트 / 소스와 함께 다이오드 및 고전압 커패시터를 추가하여 달성됩니다.

로우 사이드 MOSFET이 켜지면 (하이 사이드 FET가 꺼져 있음) HS 핀과 스위치 노드가 접지됩니다. 브이_dd바이 패스 커패시터를 통한 전원 공급은 부트 스트랩 다이오드 및 저항을 통해 부트 스트랩 커패시터를 충전합니다.

로우 사이드 FET가 꺼지고 하이 사이드가 켜지면 게이트 드라이버의 HS 핀과 스위치 노드가 고전압 버스 HV에 연결되면 부트 스트랩 커패시터가 저장된 전압의 일부를 방전합니다 (충전 중에 수집 됨). 시퀀스)와 같이 게이트 드라이버의 HO 및 HS 핀을 통해 하이 사이드 FET에

이에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오. 이 기사에

실용적인 회로 구현

위의 개념을 철저히 배운 후에도 H-Bridge 회로를 구현하는 올바른 방법에 대해 여전히 혼란 스러울 수 있습니까? 여기에 자세한 설명과 함께 여러분 모두를위한 애플리케이션 회로가 있습니다.

위의 H- 브리지 애플리케이션 설계의 작동은 다음과 같은 점으로 이해할 수 있습니다.

여기서 중요한 측면은 ON 기간 동안 '원하는 부하 전압'과 하이 사이드 MOSFET의 게이트에서 공급 12V를 더한 값이되도록 10uF에 걸쳐 전압을 개발하는 것입니다.

표시된 구성은이를 매우 효율적으로 실행합니다.

클럭 # 1이 높고 클럭 # 2가 낮다고 상상해보십시오 (교대로 클럭킹을해야하기 때문입니다).

이 상황에서 오른쪽 상단 MOSFET은 OFF가되고 왼쪽 하단 MOSFET은 ON으로 전환됩니다.

10uF 커패시터는 1N4148 다이오드를 통해 최대 + 12V까지 빠르게 충전하고 MOSFET 드레인 / 소스를 낮 춥니 다.

다음 순간에 clock # 1이 낮아지고 clock # 2가 높아지 자마자 왼쪽 10uF의 전하가 즉시 전도를 시작하는 왼쪽 상단 MOSFET을 켭니다.

이 상황에서 드레인 전압은 소스를 향해 돌진하기 시작하고 동시에 전압은 기존 충전 + 12V가 MOSFET 단자에서 전압을 순간적으로 밀어내는 방식으로 10uF 커패시터로 밀기 시작합니다.

소스 단자를 통해 10uF 커패시터에 드레인 전위를 추가하면 두 전위가 합산되어 MOSFET의 게이트 / 소스에 걸친 순간 전위가 드레인 전위보다 약 + 12V 정도 높아질 수 있습니다.

예를 들어 드레인 전압이 100V로 선택되면이 100V는 10uF로 푸시되어 100V 바로 위의 +12로 유지되는 지속적으로 보상하는 전위 게이트 전압을 발생시킵니다.

이것이 당신이 이해하는 데 도움이 되었기를 바랍니다. 하이 사이드 부트 스트랩의 기본 작업 이산 커패시터 다이오드 네트워크를 사용합니다.

결론

위의 논의에서 우리는 하이 사이드 MOSFET의 효과적인 스위치 ON을 허용하기 위해 모든 H- 브리지 토폴로지에 부트 스트랩이 중요하다는 것을 이해합니다.

이 프로세스에서 하이 사이드 MOSFET의 게이트 / 이미 터 양단에 적절하게 선택된 커패시터가 적용된 드레인 전압 레벨보다 12V 더 높게 충전됩니다. 이 경우에만 하이 사이드 MOSFET이 켜지고 연결된 부하의 의도 된 푸시 풀 스위칭을 완료 할 수 있습니다.