Capacitor de autoinicialização em um circuito de controle de meia ponte

Circuitos integrados - drivers de meia ponte, como, por exemplo, IR2153 ou IR2110, envolvem a inclusão no circuito geral do chamado capacitor de autoinicialização (destacado) para fonte de alimentação independente ao circuito de controle de chave superior.

Enquanto a tecla inferior está aberta e conduzindo corrente, o capacitor de inicialização é conectado através dessa tecla aberta ao barramento de força negativo e, nesse momento, pode receber carga através do diodo de inicialização diretamente da fonte de alimentação do driver.

Quando a tecla inferior é fechada, o diodo de autoinicialização pára de fornecer carga ao capacitor de autoinicialização, pois o capacitor é desconectado do barramento negativo no mesmo momento e agora pode funcionar como uma fonte de energia flutuante para o circuito de controle da porta da meia ponte superior.

Essa solução é justificada, porque a energia geralmente necessária para o gerenciamento de chaves é relativamente pequena e a energia consumida pode simplesmente ser reabastecida periodicamente da fonte de alimentação de baixa tensão do motorista diretamente durante a operação da unidade de energia. Um exemplo impressionante é o estágio de saída de baixa frequência de quase qualquer inversor de baixa potência 12-220.

Quanto à capacidade do capacitor de autoinicialização, ele não deve ser muito grande (para poder recarregar completamente no tempo enquanto a tecla inferior estiver aberta) e não muito pequeno para não apenas descarregar os elementos do circuito antes do tempo, mas também ser capaz de manter constantemente uma quantidade suficiente carga sem uma queda de tensão perceptível, de modo que essa carga seja mais do que suficiente para o ciclo de controle da tecla superior.

Portanto, ao calcular a capacitância mínima de um capacitor de autoinicialização, os seguintes parâmetros significativos são levados em consideração: a carga da porta da chave superior Qg, o consumo atual do estágio de saída do microcircuito no modo estático Is e a queda de tensão no diodo de autoinicialização Vbd.

O consumo de corrente do estágio de saída do microcircuito pode ser calculado com uma margem de Is = 1mA, e a queda de tensão no diodo deve ser igual a Vbd = 0,7V. Quanto ao tipo de capacitor, ele deve ser um capacitor com uma corrente de fuga mínima, caso contrário, a corrente de fuga do capacitor também deverá ser levada em consideração. Um capacitor de tântalo é adequado para a função de inicialização, uma vez que capacitores desse tipo têm a menor corrente de fuga de outros equivalentes eletrolíticos.

Exemplo de cálculo

Suponha que precisamos selecionar um capacitor de autoinicialização para alimentar o circuito de controle de chave superior de uma meia ponte montada nos transistores IRF830 e operando a uma frequência de 50 kHz, e a carga do comutador de porta (a tensão de controle, levando em consideração a queda de tensão no diodo, será de 11,3 V) nessa tensão 30 nC (a carga total da porta Qg é determinada pela folha de dados).

Deixe a tensão ondular no capacitor de autoinicialização não exceder dU = 10 mV. Isso significa que a principal variação de tensão permitida no capacitor de autoinicialização em um ciclo da operação de meia ponte deve ser apresentada por dois consumidores principais: o próprio microcircuito e a porta do pólo de campo controlado por ele. Em seguida, o capacitor será recarregado através do diodo.

O ciclo de desenvolvimento do microcircuito dura 1/50000 segundos, o que significa que quando consumido no modo estático 1 mA, a carga dissipada pelo microcircuito será igual a

Microcircuitos Q = 0,001 / 50000 = 20 nC.

Q gate = 30 nC.

Ao retornar essas cargas, a tensão no capacitor não deve mudar mais de 0,010 mV. Então:

SB * dU = microcircuito Q + porta Q.

Reset = (circuitos Q + porta Q) / dU.

Para o nosso exemplo:

Cbt = 60 nl / 0,010 V = 6000 nF = 6,0 uF.

Escolhemos um capacitor com capacidade de 10 microfarads de 16 V, tântalo. Alguns desenvolvedores recomendam multiplicar a capacitância mínima do capacitor por 5 a 15, com certeza.Quanto ao diodo de autoinicialização, ele deve ser de ação rápida e suportar a tensão máxima da parte de potência da meia ponte como inversa.