Поискал по форуму и нечего не смог придумать. Помогите пожалуйста не специалисту в данной области.
Задача:
Необходимо сделать коммутатор питания. Vcc_мах =47В (пусть будет не более 60В) Vcc_min = 8V. Ток не более 3А. Время включения/выключения (общее, от прихода команды, до выхода в рабочий режим) не более 1мкС, при ёмкости нагрузки 1нФ. Не ограничено время работы во включенном состоянии. Управление при помощи логического уровня (on/off). Желательно чтоб всё было в керамике.

Что я напридумывал:
1. Решение от Intersil HIP2100 + IRFR120(или подобные). Но меня смущает "Bootstrap supply", и его "External bootstrap capacitor" особенно при первом включении и при долгой непрерывной работе.
2. Решение от National LM5113 + EPA2001. Вопросы те же, но в добавок возможно будет проблемма с Vgs_max_GaN, при дополнении схемы различными опциями (защита от КЗ например).

3. Как Вы посоветуете бороться со сквозными токами каскадов при переключении, минимальная сложность. Пока на ум приходит только при помощи диодов и разных RC-цепей заряда и разряда.

P канальный MOSFET + npn биполярник (+ стабилитрон и резистор)

Задача решается любым подходящим NMOS, верхним драйвером и помповым инвертором — например, SI4486, FAN73711 и TC7660.

Инвертор подключается к плавающему питанию драйвера.

Соответственно, понадобится не один, а два бутстрепных диода — первый подкачивает положительное питание как обычно, с нижней буферной ёмкости, а второй зеркально к первому подкачивает отрицательное питание (выход помпы) с верхней буферной ёмкости.

Поскольку помповый инвертор является обратимым (двунаправленным) преобразователем, на обеих кондесаторах всегда будут номинальные и равные друг другу напряжения, в каком бы из двух состояний ни был ключ.

Верхнюю буферную ёмкость можно подзаряжать (тянуть к "земле") например, источником тока на любом подходящем по диапазону линейном стабилизаторе или просто резистором.

Ещё один момент — у помпы предел по питанию 12 В, а драйвер начинает работать при 10 В, так что надо об этом позаботиться — например, шунтовым стабилизатором из семейства xx431.

Можно вопрос? А для чего биполярник и драйвера?
Это из-за мощности и напряжения?
Если коммутировать питание - 5 вольт и 1 Ампер, неужели не будет работать с одним лишь полевиком?

Я похоже не правильно задал вопрос. Поэтому уточняюсь.

Т.е. Вы предлагаете вот такое решение?
Коммутатор питания у которого вместо Q1 биполярный транзистор
Стабилитрон, чтоб защитить Затвор Q2. Резистивный делитель (S_Q2 - резистор R1 - Gate_Q2 - резистор R2 - эмитер_Q1) для ограничения тока и задания напряжения GS_Q2.
Я всё правильно понял?

Я просто немного запариваюсь, на ограничение времени включения/отключения и КПД. Взял для примера типовой транзистор IRFR9120 (Vds=-100V, Rds=0.48Ohm, Cgs~350pF)
1. КПД в моём устройстве имеет ключевое значение.
2. Ёмкость затвора Q2 примерно 0,2нФ, Постоянная времени на цепочку СgQ2-R2 не более 50...100нС (при 10 кратном запасе) значит резистор R2 не может быть больше 500 Ом, а при 50вольтах напряжения питания в открытом состоянии, ток потребления становится очень большой.
3. Так же, было бы не плохо увеличить ёмкость нагрузки, т.к. 1нФ это минимально возможная ёмкость конденсаторов по питанию, что при 0,5Омах у Q2 тоже становится критичной.
Выводы- т.е. по моим прикидкам, мне бы меньшее время включения, и меньшее сопротивление открытого канала, вот я и выбрал драйверы от National и Intersil.

А как быть с ограничением времени вЫключения? Для ускорения разрядки конденсаторов при выключении, поставить на эмиттер Q1 - затвор N-канального MOSFET?


HIP2100
и
LM5113
Это помповые инверторы? Как бы мне быть уверенным, что напряжение питания верхнего выходного драйвера не пропадет. Boot конденсатор под заряжается от внутреннего генератора или от импульсов при переключении.

Да

Да, это будет проблема. Можно сделать плавающий источник (относительно + комутируемого напряжения)

Тут тоже можно что то придумать

Да.
Никак

Последнее. В DS все очень хорошо видно.

Практически все hi-side драйверы расчитанны на то, что они будут регулярно включаться и выключаться. В статике (т.е. включили и работаем) они не работают. А если надо, что бы работали, им можно подать внешнее плавающее питание (вместо bootstrap'ного диода и конденсатора)

Спасибо за дельный совет. Реально помогли.
Но, чего то такое решение получается очень нагорожено/наворочено. А есть ещё какие нибудь простые варианты для моей задачи? Может я чего нибудь упустил?

p.s.
Решения:
1. P канальный MOSFET + npn биполярник - (Времена на грани, низкое КПД на высоких напряжениях)
2. NMOS, верхний драйвер и помповый инвертор - (навороченость схемы, сложность)

Причина кажущегося в том, что сама задача-то изначально выглядит сомнительно, вплоть до того, что Вы пытаетесь сделать внешний ключ для какого-то готового БП.

Я задавал вопрос в аналоговой технике, но модератор переместил меня в эту ветку. Всё правильно, т.к. я не имею опыта в данном разделе электроники.
А ТЗ на мой блок примерно так и звучит как я описал. Блок аналоговый, но сильно потребляющий, а в добавок для автомобильного применения. (не блок питания, чуток посложнее).
Ко мне приходит команда "Будь готов" + 1мкС + и блок должен быть готов. т.е. Надо быстро включить сильно потребляющую часть (<50В, <3А). Потом приходит команда "Сон" + n-цать микросекунд + и блок должен уснуть. Работа этого блока может мешать другим частям системы, поэтому все так строго.
Помимо высоковольтной части в моём блоке есть и низковольтная сильно потребляющая часть, поэтому я и задал нижнюю границу по напряжению.
Хочется, чтоб данная конструкция была попроще и универсальной. Ограничений по цене пока нет.

Ну хорошо. Вы просто сравните по доступности и размеру корпуса требуемый PMOS с NMOS.

А в предложенной конструкции — NMOS, две микросхемы и немного россыпи — никаких редкостей и всё в сумме на 1,5 см² площади платы.

А почему бы не поставить еще один транзистор на минус питания и тогда бы получилось бы что-то типа "косого моста"вот так вот:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
(на рисунке нижний n-канальный мосфет, непонятно почему при повороте стрелка не повернулась )
выключаться будет очень быстро, над включением придется подумать

Я непонял Вашего предложения. Поясните поподробнее?



Я немного посоображал и придумал вот такую схему.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
У ISL7660 вывод 2 переключает напряжение Vcc/GND с частотой около 10кГц.

Вот микросхемы:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Промоделировать не могу, т.к. моделей этих микросхем нет в MicroCap. Но я пока думаю как бы промоделировать.

Вопросы к этой схеме:
1. Такая реализация вообще возможна? Есть грубые ошибки?
2. Посоветуйте литературу по импульсным трансформаторам для данной схемы. Или совсем будет клёва если есть покупной (разрешенный перечнем МОП).

может подойти что-то из защищенных ключей (типа IPS6041, но он до 39В. и типовое время включения 5мкс)

Судя по тому, насколько долго Вы думали заменить резистор и стабилитрон трансформатором, речь о какой-то большой политике, типа, освоить миллиард указанных изделий. Обо всём этом следовало бы указать в начале темы.

А что такое перечень МОП и для чего он неспециалисту?

Я не понял Вашей иронии. Как умею так и думаю.

Возможно я Ваши ответы недопонял. Поясняйте пожалуйста Ваши ответы картинками, т.к. у меня фантазия не такая богатая и специализированная терминология этого раздела может хромать.

А по поводу МОП.
Бывает всякое в жизни. А то, что я задаю вопрос в этой ветке, то смотри ответ на этот вопрос Выше...

Про IPS6041 IR.
у меня нагрузка ёмкостная время вкл/выкл очень нормировано. Даже если время включения будет в норме, то время выключения будет затянуто и выйдет за пределы ТЗ.

А чем вас не устраивает вариант на 2-ух транзисторах? Единственно что бы добиться быстрого включения надо использовать вверху p-канальный МОП.
а с трансформатором, мне кажется, вы еще тех блох наловите

Про трансформатор я и в правду боюсь. Поэтому и задаю вопрос. Но ведь при такой реализации довольно просто и малогабаритно получается. 2 микросхемы 2 транзюка и один трансформатор.

Повторюсь я немного раньше говорил.
Я просто немного запариваюсь, на ограничение времени включения/отключения и КПД. Взял для примера типовой транзистор IRFR9120 (Vds=-100V, Rds=0.48Ohm, Cgs~350pF)
1. КПД в моём устройстве имеет ключевое значение.
2. Ёмкость затвора Q2 примерно 0,2нФ, Постоянная времени на цепочку СgQ2-R2 не более 50...100нС (при 10 кратном запасе) значит резистор R2 не может быть больше 500 Ом, а при 50вольтах напряжения питания в открытом состоянии, ток потребления становится очень большой.
3. Так же, было бы не плохо увеличить ёмкость нагрузки, т.к. 1нФ это минимально возможная ёмкость конденсаторов по питанию, что при 0,5Омах у Q2 тоже становится критичной.
4. А как быть с временем выключения? и защитой от сквозных токов.
Выводы- т.е. по моим прикидкам, мне бы меньшее время включения, и меньшее сопротивление открытого канала, вот я и выбрал драйверы.
у меня где-то ошибка в моих прикидках?

Про Ваше предложение на 2-х транзисторах
1. Я непонял как ваша схема работает, особенно в переходном режиме. Както всё хитро просто и смахивает на невыполнимость. Пока не понимаю где. Я подумаю. И опять же неопределенно с включением.
2. городить задержки, защиту от сквозных токов, формирователь из лог уровня.
3. Опять же низкое КПД для 50В решения.

Остановился на драйверах Intersil:
1. потому, что они предлагают макетные платы на халяву.
2. потому, что есть защита от сквозных токов
3. потому, что мне не надо городить схемы и различные задержки на включения питания и выключения питания и их взаимодействия между собой, понимает логический уровень. Даже при том, что драйвер HIP4081 используется на половину, но и то я выигрываю в габаритах.
4. довольно малошумящий IСL7660 в отличии от ШИМ и прочего.

Вы являетесь спустя месяц, в здравом уме совершенно беспричинно, но, как выяснилось много позднее, с политически оправданно распухшей схемой, где вместо одного ключа два, вместо 1-канального драйвера 4-канальный, и вдобавок, как ни в чём не бывало, предлагаете обсудить подачу на также новоявленный трансформатор, о котором речи вообще никто не вёл, постоянного тока.

Вы не только ни разу не сказали, что Вам что-либо не понятно, но и ни разу не показали — теми же пресловутыми картинками — что хоть чем-то реально воспользовались из предложенного.

Что мне изображать на картинках? Соединение двух проводов? Какое конкретно слово Вы не поняли из этой фразы:

Позволю себе ответить на Ваши упреки, но больше отвечать на такие высказывания не хочу, т.к. данный разговор перейдет в разряд базарной болтовни.
1. Быстро только мухи любовью занимаются.
2. Как умею так и думаю.
3. считаю, что блок который я делаю должен быть продуман со всех сторон. И мой проект должен быть максимально проработан. Скорость выпуска КД в данном случае не главное. Доработки дороже.
4. Если мой блок будет весь понатыкан в доработках считаю это позорным подтверждением плохого качества моей работы.

Вот примерно поэтому я не тороплюсь. Так же этот узел у меня самое слабое место. Надо его максимально продумать.

Вы опять меня загнали в ступор своим "политически оправдано распухшей схемой" и . Я же иду по Вашим идеям с помповым инвертором и драйвером. Что опять не так?


Опять переход на личности. Ну давайте объясню на простом примере: когда перед вами разговаривает человек на непонятном языке. Вы улавливаете несколько знакомых слов. а остальное ничего не понятно. Вы его будете переспрашивать "о чем это Вы сей час пол часа со мной говорили?" Вот именно то Ваше сообщение на 80% мне непонятно. Хочу Вас попросить нарисовать его схематично

Предлагаю перейти по делу:


Нижнее питание хочу взять вообще с цифровой части
а вот с верхним питанием непонятки:
1. Как вы собираетесь ключами помпового инвертора работать на 50вольтах? Покажите как это выглядит и как происходит развязка по питанию.


Опять проблема. а если у Вас схема находится в открытом/рабочем состоянии бесконечно долгое время. значит подтягивающий резистор не заряжает верхний конденсатор буферной ёмкости. и после падения напряжения на этом конденсаторе верхний ключ перестанет работать.


Да да. Это тоже интересно. Мой блок потребляет 50В 3А в пике своей активности, а когда активности нет, то может и меньше кушать. Если отключать блок в режиме когда потребление маленькое, возможно выйти за допуск по времени. Поэтому желательно его ёмкости принудительно разряжать. Для подстраховки от неприятностей.

р.s. Ох а вот если бы Вы нарисовали Вашу схему, было бы гораздо проще и понятнее.
p.s.2. Давайте лучше по делу говорить, без лирических отступлений и переходов на личности. Считаю это более конструктивным.

самом деле все просто до безобразия, посмотрите в инете работу коскодной схемы работы:
сигнал от драйвера (на схеме он не показан) поступает на нижний транзистор, он открывается и по резистивному делителю начнет протекать ток, начинает открываться верхний
вот тут тонкий момент... самое быстрое включение в этой схеме можно достичь только р-канальным транзистором, п-канальный из за нагрузки в истоке не сможет быстро открыться в этой схеме!
поэтому конденсатор лучше поставить параллельно резистору R2. это даст больший ток через R1 в переходном процессе.
ну а закрываться будет очень четко - нижний закрылся нагрузка уже считай что выключена, верхний начинает как-то закрываться но это теперь не принципиально: ток от источника не идет
если взять верхний IRFU5410 со след х-ками:
VDSS = -100V
RDS(on)= 0.205Ом
ID = -13A
вообще я считаю не корректно использовать при расчете входную емкость (она сильно меняется при переключении), удобнее использовать заряд затвора а он у этого транзистора где-то 40 нК, но в таком случае требуется источник тока для открытия
если предположить что постоянная R1C1очень большая, намного больше времени включения то можно считать резистор неким источником тока верхний предел которого определяется его номиналом
итак если взять время переключения где-то 500 нс, то ток в затвор будет 40нК/500нс=80мА
питания 50 В, значит резистор R1=50В/0,08А=625Ом
в статическом режиме выберем R2=R1*6=3750
а ток через делитель будет ~11мА? к примеру HCPL3120 потребляет 5 мА, но надо сказать что он их кушает всегда в отличии от этой резистивной цепочки по которой ток идет только во включенной схеме
сквозных токов здесь быть не как не может потому что между транзисторами находится нагрузка (смотрите внимательно схему!)
КПД ... на делителе где-то пол вата будет что вполне сносно если учесть что при выключении он не кушает, кстати из-за кпд я вам не советую увеличивать выходную емкость, это те СU^2/2 которые вы теряете, когда устройство не требуется и основное питание отключено
вообщем палка о двух концах ((

Моделировал, на микрокап. Использовал первые попавшиеся транзисторы. Поэтому, сброшу 20% на погрешность моделирования.

Вот результаты
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Обращаю внимание:
1.В рабочем режиме ток течет по 2 транзисторам, поэтому на них падает в 2 раза больше. Ну пусть будет 3Вт....
2. Время включения... На грани.
3.

Далее промоделировал при малом потреблении.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
1. Время выключения будет заваливается. Это видно на самом последнем графике. И это при том, что я использую 1нФ в нагрузке. А если ток нагрузки будет меньше? или нелинейным...

Поэтому я и ушел от этой схемы по причинам
1. Низкое КПД
2. Возможно пролечу со временем включения или выключения.
3. Думаю даже не принципиально где будет стоять нижний транзистор в цепи управления затвором или в цепи отриц. питания.

Блок (т.е. моя нагрузка) у меня плохая. Там неизвестно как изменяется потребление при падении напряжения, она вообще может быть нелинейной. Я незнаю. Поэтому, я и хочу ПРИНУДИТЕЛЬНО разряжать ёмкости в нагрузки при помощи ключа. Чтоб быть уверенным, что там ничего работать не будет.

p.s. Я уж боюсь опять наездов на мою личность. Я всё правильно написал/промоделировал/сделал?

Где тут хоть раз был "наезд" на Вашу личность?! Если Вы будете воспринимать любой упрёк и любую критику как наезды, диалога не получится. Хотите помощи - реагируйте адекватно.

Простите за офф топ. Но я пожалуй отвечу:

Я с Вами согласен давайте конструктивно строить диалог, но за наезды на личность я воспринимаю вот это:

На каком основании? Уверен, Вашей личности никто касаться не собирался. Оскорбительного тут ничего не вижу. А упрёк справедливый.
И закончили на этом. Будут жалобы - обращайтесь официально. От себя прошу: наберитесь терпения и не реагируйте так болезненно.

В основном все падение будет на р-канальном транзисторе, у него сопротивление не такое маленькое как у п-канальных
на гране чего? сколько вам требуется?
кстати верхний ключ у вас на 50 В, моделирование может быть не совсем корректно из-за этого при превышении допустимых значений в моем оркаде он зачастую врет.

естественно заваливается - разряжается выходная емкость на малое сопротивление нагрузки! и это никак не связанно с закрытием ключей.


КПД сильно будет зависеть от выбранного р-канального транзистора,
со временем выключения вы никогда не пролетите! с включением могут зависеть от паразитных индуктивностей -требуется хорошая разводка.

Принудительно конечно в этом случае не получится, но кто-же знал кроме как вас об этом.
смотрите как бы у вас в нагрузке движка не оказалось.
вот кстати мое моделирование:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Спасибо за разьяснение я не знал про р-канальных транзисторов.
А по времени выключения пока ТЗ не утвердили. Порядок такой же. не менее 1 мкс и не более 5мкс.

Очень интересно Ваше моделирование. Буду заниматься дальше. Вашу идею я тоже дальше буду прорабаывать. Немного помоделирую и сделаю макетик. Поэкспериментирую. А там видно будет.

А в нагрузке движков точно нет. Там полупроводники и микросхемы. Так же индуктивностей нет.

Я тут паралельно забросил вопрос к разработчикам в интерсил в америку. Посмотрим, что они ответят про применение своих микросхем. На мой первый вопрос они ответили очень интересно: видно по технике отвечал хороший спец, но потом его ответ подредактировал менегер и стало почти непонятно, про что они писали. Еле еле расшифровали.