Circuito de arranque para controlador MOSFET de lado alto

Estoy muy familiarizado con el funcionamiento de los controladores de arranque en los circuitos integrados del controlador MOSFET para cambiar un MOSFET de lado alto de canal N. La operación básica se cubre exhaustivamente en este sitio y en otros.

Lo que no entiendo es el circuito del controlador de lado alto en sí. Dado que un buen controlador empuja y extrae grandes cantidades de corriente, tiene sentido que exista otro par de transistores dentro del CI para conducir el pin VH alto o bajo. Varias hojas de datos que he visto parecen indicar que usan un par de canal P / canal N (o PNP / NPN). Quitando la construcción del chip IC, imagino que el circuito se ve así:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Parece que acabamos de presentar un problema de recurrencia. Suponiendo que el nodo marcado como "flotante" puede tener un voltaje arbitrariamente alto, ¿cómo se manejan M3 y M4 que no necesitan otro controlador para conducir el controlador ( y así sucesivamente )? Esto también supone que el controlador del lado alto está controlado por una señal de nivel lógico de algún tipo.

En otras palabras, dado un voltaje flotante arbitrariamente alto, ¿cómo se activa el accionamiento push-pull de M3 y M4 mediante una señal de nivel lógico que se origina en el chip?

Punto de aclaración : la pregunta específica que hago solo tiene que ver con la activación del accionamiento de arranque push-pull de lado alto con una señal de nivel lógico. Cuando el voltaje del lado alto es relativamente bajo, reconozco que esto es trivial. Pero tan pronto como los voltajes exceden las clasificaciones típicas de Vds y Vgs en los transistores, esto se vuelve más difícil de hacer. Esperaría algún tipo de circuito de aislamiento involucrado. Exactamente cómo se ve ese circuito es mi pregunta.

Reconozco que si M4 es un FET de canal P (o PNP), no es necesario otro circuito de arranque. Pero tengo problemas para concebir un circuito que genere los Vgs adecuados para M4 y M3 a medida que los transistores externos se cambian de un lado a otro.

Aquí hay capturas de pantalla de dos hojas de datos diferentes que muestran un circuito similar al que dibujé arriba. Tampoco entre en detalles acerca de los circuitos del controlador de "caja negra".

Desde el MIC4102YM :

Y el FAN7380 :

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

$V_{cc}$$V_\text{High Voltage}$$V_{BS}$

Debe conducir el MOSFET entre sus puertas y terminales de origen. Dado que el voltaje del terminal fuente de un MOSFET del lado alto estará flotando, necesita un suministro de voltaje separado (VBS:$V_\text{Boot Strap}$

En el siguiente esquema, VCC es la fuente de voltaje del resto del circuito. Cuando el MOSFET está apagado, la tierra del circuito de la correa de arranque se conecta a la tierra del circuito, por lo que C1 y C2 se cargan hasta el nivel de Vcc. Cuando llega la señal de entrada para encender el MOSFET, la tierra del circuito de activación de la compuerta se eleva hasta el voltaje de drenaje del MOSFET. El diodo D1 bloqueará este alto voltaje, por lo que C1 y C2 suministrarán el circuito de activación durante el tiempo de encendido. Una vez que el MOSFET está apagado nuevamente, C1 y C2 reponen sus cargas perdidas de VCC.

Criterio de diseño:

• RB debe elegirse lo más bajo posible para que no dañe D1.
• La capacidad de C2 debe elegirse lo suficiente como para suministrar el circuito de conducción durante el tiempo de funcionamiento más largo.
• $V_\text{High Voltage} - V_\text{CC}$ .

La señal de entrada debe estar aislada del circuito de la correa de arranque. Algunos posibles aisladores son:

Optoacoplador

$\mu$$\mu$ tienen un retraso de propagación de son tan caros como los controladores de puerta aislados.

Transformador de pulso

El transformador de pulso es un tipo de transformador espacial para transferir pulsos rectangulares. Tienen menos número de vueltas para evitar la capacitancia e inductancia parásitas y núcleos más grandes para compensar la pérdida de inductancia debido al número reducido de vueltas. Son mucho más rápidos que los optoacopladores. Los tiempos de retraso son menos de 100ns en general. La imagen de arriba es solo ilustrativa. En la práctica, la corriente que pueden proporcionar no es suficiente para conducir un MOSFET rápido; por lo que necesitan circuitos adicionales en la práctica.

Conductor de puerta aislada

La conducción en puerta aislada es una tecnología relativamente nueva. Toda la complejidad de la conducción de la puerta está encapsulada en un solo chip. Son tan rápidos como los transformadores de pulso, sin embargo, pueden proporcionar unos pocos amperios de corriente pico de puerta. Algunos productos también contienen convertidores DC-DC aislados en chip, por lo que ni siquiera necesitan flejes de arranque. Sin embargo, todas estas súper características tienen un costo.

Um, el IC tiene un circuito interno de "cambio de nivel".

Y el circuito de cambio de nivel puede ser así, esto es similar con FAN7380:

$V_{SRC}$$V_{BST}$

Y a continuación se muestra el diagrama de bloques de IR2110 (del Rectificador internacional AN978-b):