در این بخش به انجام یک مثال طراحی از المانهای مدار بوت استرپ میپردازیم.
مثال طراحی:
برای این مثال، از مقادیر زیر برای کاربرد موردنظر استفاده خواهیم کرد:
طراحی با محاسبه حداکثر و حداقل زمان خاموشی و حداقل زمان روشنی ماسفت سمت پایین Q2 شروع می شود. با استفاده از معادلات ۱، ۲ و ۳، داریم:
سپس، کل شارژی (QCB) را که باید توسط خازن CB در حداکثر دیوتی سایکل کاری تحویل داده میشود، باید محاسبه شود. این شارژ تحویلی به دو بخش اختصاص می یابد که عبارتند از: جریان بایاس IB تغذیه VDDA و Q1 شارژ گیت QG. سایر منابع نشتی مانند گیت Q1 و جریان نشتی D1 در مقایسه ناچیز هستند و صفر فرض می شوند.
این بدان معناست که خازن CB باید در کل ۹۸٫۸ نانو کولن شارژ در طول سیکل درایو کلید سمت بالا تامین کند.
مقدار خازن CB توسط حداکثر ریپل مجاز (ΔVCB) تعیین می شود و با استفاده از معادله ۵ محاسبه می شود. در این طراحی، ΔVCB برابر ۵% مقدار VDD انتخاب شده است.
از نزدیکترین مقدار استاندارد یعنی ۱۸۰ نانوفاراد استفاده میشود.
اکنون مقدار مقاومت RB با استفاده از رابطه ۶ محاسبه میشود.
استفاده از مقدار ۰٫۷۵ اهم کافی خواهد بود.
در این طراحی، ۹۸٫۸ نانو کولن شارژ باید در کمترین زمان tHMIN در سمت پایین به CB منتقل شود. معادله ۷ جریان مورد نیاز برای برآوردن این معیار را محاسبه می کند:
از معادله ۷، حداکثر جریان متوسط ۲۴۷ میلی آمپر برای شارژ کامل CB در حداکثر زمان دیوتی سایکل مورد نیاز است. با این حال، جریان پیک در طول شرایط راه اندازی توسط معادله ۸ ارائه می شود:
دیود انتخاب شده باید بتواند حداکثر جریان متوسط ارائه شده توسط معادله ۷ و همچنین حداکثر جریان معادله ۸ را برای دوره های زمانی کوتاه در شرایط راه اندازی تحمل کند.
علاوه بر جریان فوروارد موردنیاز، حداکثر مشخصات ولتاژ معکوس تکرار شوند دیود بوت استرپ باید حداقل به اندازه ولتاژ درین ماسفت بالا باشد.
همچنین، دیود باید بتواند با سرعت کافی از جریان فوروارد به بلاک کردن جریان معکوس سوئیچ کند تا از وارد شدن جریان معکوس بیش از حد به منبع تغذیه درایور و ایجاد آسیب جلوگیری کند. بسیاری از مشخصات ماسفت شامل اطلاعاتی در مورد سرعت کاهش ولتاژ درین به سورس ترانزیستور، VDS، پس از شارژ شدن گیت است. بهعلاوه، زمان تأخیر روشن شدن، نشان میدهد پس از افزایش ولتاژ گیت-سورس، VGS، با چه سرعتی VDS شروع به افت میکند. از مجموع این دو عدد می توان برای تخمین اینکه چه زمانی مرجع زمین درایور سمت بالا به ولتاژ درین سمت بالا می رسد، استفاده کرد. زمان بازیابی معکوس دیود بوت استرپ باید کمتر از زمان روشن شدن ماسفت بالا باشد.
علاوه بر این، جریان نشتی معکوس دیود باید در تمام دماهای عملیاتی به اندازه کافی کم باشد تا از همین موضوع جلوگیری شود.
ملاحظات طراحی PCB
چیدمان خوب در طراحی بوت استرپ بسیار مهم است. خازن CB باید تا حد امکان نزدیک به پین های آی سی درایور قرار گیرد. یک خازن تانتالیومی یا سرامیکی (ترجیحاً سرامیکی) را می توان برای خازن CB استفاده کرد زیرا نشتی کم و ESR پایینی دارند. اگر برای CB از خازن الکترولیتی استفاده می شود، توصیه می شود که یک خازن دیکاپلینگ کوچک با ESR کم به موازات خازن الکترولیت اضافه شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
کوروش خلج منفرد