Mosfet Bootstrapping?
Ich versuche zu verstehen wie MOSFET Treiber, Bootstrapping und high side/ low side Konfigurations von MOSFETs funktionieren. Hab bis jetzt denke ich einen Teil so einigermaßen verstanden, allerdings stellt sich mir beim Bootstrapping folgende Frage:
Warum benötigt man das hier überhaupt? An Source des high side MOSFETs liegt doch keine Spannung an, also sollte dieser doch durchschalten können, wenn eine Spannung höher als die Schwellespannung am Gate anliegt.
1 Antwort
Das Gate des High-Side Switches benötigt eine Spannung, die deutlich oberhalb V_GS_th liegt, denn um Verluste zu reduzieren, soll der Switch möglichst niederohmig werden.
C_BOOT und D_BOOT bilden eine Chargepump, die eine Spannung > V_IN erzeugt, die zum verlustarmen Ansteuern der MosFETs verwendet wird. Die MosFETs können so oberhalb des linaren Bereiches arbeiten (also "voll" durchschalten).
Richtig, denn wenn der High-Side FET leitend ist, sind die Spannungen an Drain und Source ja annähernd gleich, und Gate muss auf V_Source + V_G_Th liegen.
Rechtzeitig bevor der Low-Side Switch dann geschlossen werden soll (und VS und damit V_Source am oberen FET entsprechend nach unten fällt) muss der Controller dafür sorgen, dass das Gate des High-Side FET so weit entladen ist, dass er nicht durch eine zu hohe V_GS zerstört wird. 200V am Gate ggü 0V an Source hält in der Regel kein MosFET aus. Ausserdem soll der High-Side FET ja gesperrt bleiben, auch wenn VS 0V annimmt.
Dann müsste doch aber auch der MOSFET Treiber das Gate des MOSFETs mit 200V beschalten, dass sich die Spannung des Kondensators von vielleicht 4V und die 200V addieren? Das hält der doch nicht aus oder?
Doch, genau das ist das Ziel. Das Gate des N-Ch FETs soll so weit über deinen 200V liegen, dass er schön niederohmig ist. Da zwischen Gate und Source ja nur (in deinem Fall 4V, realistischeweise eher 6..8..10V) liegen, ist das genau richtig. In dem nächsten Schalt-Zustand, in dem der High-Side FET gesperrt wird und der Low-Side FET leitend wird, geht VS dann von deinen 200V nach nahe 0V, und über C_BOOT wird auch VB entsprechend nach unten verschoben. Resultat: das Gate des High-Side Switches liegt jetzt bei ca. 4V, und damit immer noch nur 4V über Source.
Ein Gate-Treiber für N-Ch FETs muss also in der Lage sein eine Spannung über der Eingangsspannung zu erzeugen. Das ist der "Trick".
Hab ich das dann so richtig verstanden:
Der high side MOSFETs schaltet im ersten Moment durch, da die Gate Source Spannung über der Schwellespannung liegt (Vs ist ja noch erdfrei).
Danach liegt Vin an Vs, bzw. Source an und die Spannung des Kondensators addiert sich hierzu, sodass die Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source noch größer ist als die Schwellespannung.
Wenn jetzt der Low Side MOSFET durchschaltet, während der high side MOSFET sperrt, liegt an Vs Masse an, während sich der Kondensator wieder über Vdd aufladen kann.
Ist das so richtig oder hab ich was vergessen?
Und gibt es eine Möglichkeit die Werte des Widerstands und Kondensators zu berechnen? Sollte ja eigentlich von der Schaltgeschwindigkeit abhängen oder? Gibt's da dann sowas wie einen Standartwert?
Aber vorausgesetzt ich würde 200V schalten, müsste bei einer threshold Spannung von vielleicht 4V eine Spannung von 204V am Gate anliegen?