Estaba revisando mis viejas notas esta semana y encontré el día en que aprendí sobre el tiempo muerto. No, este no es el momento crítico que estamos tratando de ignorar, pero es el momento crítico para encender/apagar los FET en medio puente o puente completo.
Estaba revisando mis viejas notas esta semana y encontré el día en que aprendí sobre el tiempo muerto. No, este no es un momento fatal que todos tratamos de ignorar. Este es el momento en que es fundamental encender y apagar los FET en medio puente o puente completo. Entonces, ¿qué es y por qué es tan importante cambiar los FET? Siempre que lo digital se encuentra con los circuitos analógicos, siempre existe la alegría de obtener el resultado deseado, y los puentes medio y completo no son una excepción. Veremos estos circuitos específicos, pero no es exagerado decir que las mismas ideas son útiles para cambiar dispositivos arbitrarios, como encender y apagar FET con sincronización y control precisos.
A continuación, presentamos los conceptos básicos de un lado del puente, eliminando algunos componentes para ver solo las características importantes.
Este circuito funciona generando ondas cuadradas a partir de las salidas HI y LO durante la fase de funcionamiento. En teoría, esto significa que solo un dispositivo puede estar encendido a la vez y su punto ‘A’ estará entre 0 voltios y +V. Podemos ver que hay dos resistencias conectadas a la puerta del FET. Estos se especifican en la hoja de datos cuando corresponda. Limitan la corriente que fluye entre el controlador IC y la puerta FET. Las puertas de estos dispositivos contienen un pequeño capacitor que es solo una parte de la función del FET. Entonces, cuando el voltaje de la puerta (Vgs) fluctúa entre 0 y 15 voltios, este capacitor debe cargarse. A continuación, debemos descargar la puerta cuando vuelva a 0 voltios. El controlador IC puede cambiar corrientes instantáneas bastante altas, pero la resistencia está ahí para limitar esto. También agregué un diodo Zener. Esta es una buena práctica ya que evita que el voltaje de la puerta exceda el nivel de conmutación (15 voltios en este caso) y cree un voltaje negativo de menos de -0.5. Finalmente, agregué un inductor (I), que en realidad no es un dispositivo adjunto, sino que representa la inductancia de PCB entre el FET inferior y la referencia de 0 voltios del IC del controlador (en este ejemplo, el lado del controlador está en la parte inferior). conectado por separado) . pero no siempre disponible para este tipo de IC).
Entonces, cuando nada está conectado a ‘A’, todo lo que ve es una transición de voltaje, no fluye corriente de arriba a abajo. Sin embargo, hay dos circuitos RC formados por el capacitor del FET y la resistencia en serie que afectan la puerta del FET. Lo que estamos viendo es que un dispositivo se enciende lentamente y el otro se apaga lentamente. En el punto medio, ambos FET están parcialmente encendidos y conducen corriente. El circuito que estaba probando en ese momento tenía 400 V CC a través del puente, obteniendo 30 amperios a través del FET durante aproximadamente 1 nS. Esto causa más problemas que solo grandes picos de corriente y EMC. Una gran corriente que fluye a través de la PCB y el inductor invisible desarrolla un voltaje en la fuente del FET inferior. Esto interrumpe la conexión COM y tiene el efecto de comenzar a apagar los FET nuevamente en este dispositivo (disminuye Vgs). Además, cuando la inductancia comience a resonar, el circuito producirá un ruido de timbre.
La forma antigua de solucionar esto es crear un tiempo muerto cuando ambos dispositivos están bien apagados para evitar grandes picos de corriente. Esto se hizo cambiando el circuito que alimenta el FET. Primero, me gustaría ralentizar la carga del FET aumentando la resistencia cuando el FET está encendido (en este caso, de 4R7 a 22R). Luego, para tiempos de apagado muy cortos, usamos un diodo de derivación que permite que el controlador IC conecte a tierra rápidamente la puerta del FET. En algunos casos, puede ser necesaria una pequeña resistencia. Por ejemplo, si la corriente de la puerta es alta, coloque 1R en serie con este diodo, pero generalmente el diodo solo es suficiente. En mi circuito, esto redujo la corriente a menos de 1 amperio en el cruce, lo que era aceptable en ese momento.
Como dije, este período de tiempo se llama “tiempo muerto” y puede reducir este efecto de cortocircuito que se produce en este tipo de circuitos.También tiene un control de tiempo muerto incorporado. Con el circuito anterior, no es demasiado difícil ver si hay una breve pausa entre las transiciones de señal HI y LO para que se pueda controlar la sincronización de la puerta y la conmutación FET. El tiempo muerto no es simétrico y esto se ve en los modernos dispositivos de control de tiempo muerto. El circuito de arriba tiene diferentes picos de corriente cuando va de alto a bajo y de bajo a alto. Por lo tanto, los dispositivos más nuevos utilizan temporizadores previos y posteriores que se pueden configurar individualmente. A continuación se muestra un arreglo de temporización típico tomado de un controlador Microchip.
Aquí puede ver fácilmente la señal original (generador PWM) que alimenta el circuito de control de tiempo muerto. Ajustar el tiempo a cero cambia el lado alto y el lado bajo al mismo tiempo. Luego ajuste estos tiempos previos y posteriores para permitir tiempos muertos asimétricos.
Esto permite un control más eficiente y menos pérdidas en el diseño del circuito. También reduce el ruido que puede afectar los resultados de EMC. Se pueden lograr mejoras significativas con el control del tiempo muerto y la conmutación de compuertas FET, y los dispositivos modernos ofrecen un control cada vez mejor.