IRS20752 + STD35NF06L – dobór kondensatora bootstrap do podtrzymania MOSFET przez 30 s

Pytanie

mam driver IRS20752 który steruje tranzystorem STD35NF06L, napięcie vcc drivera 12V, minimalne napięcia na bramce 4V, potrzebuję podtrzymać włączenie tranzystora 30s, jaki kondensator dobrać

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Jeżeli STD35NF06L jest sterowany przez IRS20752 jako tranzystor górny (high-side), sam kondensator bootstrap musi mieć ≥ ≈ 470 – 1000 µF / 16–25 V, niski ESR, aby utrzymać VFET włączony przez 30 s (przy założeniu prądu jałowego drivera 45-75 µA).
• Tak duża pojemność jest niepraktyczna; zaleca się zastosowanie oddzielnego, pływającego zasilania VB (np. małej izolowanej przetwornicy DC/DC 12 → 12 V) zamiast polegać wyłącznie na bootstrapie.
• Jeśli MOSFET pracuje jako dolny (low-side), a chcesz tylko „opóźnić” wyłączenie, kondensator na bramce nic nie da (driver aktywnie ściąga bramkę). Wtedy wykorzystuje się układ RC na wejściu LIN; przy wewnętrznym pull-down ~430 kΩ wystarczy ok. 47 µF/25 V (≈ 30 s do spadku z 11 V do 2,5 V).

Szczegółowa analiza problemu

1. Co naprawdę trzeba podtrzymać?

1. IRS20752 dla tranzystora high-side zasila bramkę z „pływającego” źródła VB (bootstrap).
2. Gdy VS ≈ źródło MOSFET-a przestaje wracać do 0 V, kondensator CBOOT nie jest już doładowywany; rozładowuje go głównie:
    • prąd jałowy sterownika HO: \(I_{QBS}\) typ 45 µA, maks. 75 µA
    • prądy upływu diody bootstrap i MOSFET-a (rzędu µA…nA) – pomijalne wobec \(I\{QBS}\).

2. Obliczenie wymaganej pojemności C_BOOT

Początkowe napięcie na CBOOT:
\(V_{BOOT0}=V_{CC}-V\{F,D}\approx12\text{ V}-0,6\text{ V}=11,4\text{ V}\)

Minimalne napięcie zapewniające poprawną pracę:
\(V_{BS\_UVLO}\approx7,1\text{ V(typ)}\Rightarrow\Delta V\le 11,4-7,5\approx3,9\text{ V}\)

Pojemność:
\[ C{BOOT} = \frac{I{QBS_max}\cdot t}{\Delta V} = \frac{75\;\mu\text{A}\cdot 30\;\text{s}}{3,9\;\text{V}} \approx 0,00058\;\text{F}\approx 580\;\mu\text{F} \]

Dla marginesu (temperatura, tolerancje, upływ) przyjmuje się 680 – 1000 µF.

3. Dlaczego kondensator na samej bramce nie działa

Wyjście HO/LO IRS20752 posiada push-pull ~10 Ω; po zaniku sygnału logicznego driver aktywnie rozładuje Ciss MOSFET-a z mikrosekundową stałą czasową. Dodatkowy kondensator między G-S zostanie równie szybko rozładowany – 30 s jest nieosiągalne.

Aktualne informacje i trendy

• W nowych projektach długotrwałe włączenie high-side realizuje się niemal wyłącznie przez izolowane zasilanie „floating gate driver” (np. przetwornice 1 W, mini PCB), a bootstrap służy tylko do szybkiego PWM.
• Producenci układów (Infineon, TI, ADI) oferują drivery z wbudowaną przetwornicą (np. IRS25752, LMG1205 z charge-pump), co eliminuje ogromne kondensatory.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Ładunek bramki Qg (60 nC) => dodatkowa pojemność ~7,5 nF przy ΔV=8 V; przy 30 s wpływ ładunku jest < 1 % w porównaniu z ładunkiem pobieranym przez driver.
• Kondensator 1000 µF/16 V MLCC to ok. 25-30 szt. 47 µF/16 V X5R równolegle lub duży elektrolit/tantal – wysoki koszt, ESR, gabaryt.

Aspekty etyczne i prawne

• Duża pojemność bootstrap → podczas awarii może indukować znaczne prądy udarowe; konieczne bezpieczniki lub NTC.
• Zasilanie pływające musi spełnić wymagania izolacji (PN-EN 62368-1 dla urządzeń ICT).

Praktyczne wskazówki

1. High-side statyczny ≥ 10 s:
    • mała, izolowana DC/DC 12 → 12 V/0,1 A (Murata, RECOM) do VB; C_BOOT standard 0,1 – 1 µF.
2. Low-side opóźnienie: dioda + 47 µF do wejścia LIN/HIN (RC).
3. Sprawdź \(I_{QBS}\) w temperaturze 85 °C (rośnie o ~30 %).
4. Utrzymuj ścieżkę VB–VS najkrótszą; kondensator przy pinach.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Jeżeli VS w Twojej aplikacji okresowo schodzi do masy (nawet na krótko), standardowy bootstrap 0,47 – 1 µF będzie wystarczał; 30 s odnosi się więc tylko do ciągłego włączenia.
• Gdy MOSFET jest dolny – nie potrzeba bootstrapu; cały problem sprowadza się do logiki wejściowej (RC 47 µF).

Sugestie dalszych badań

• Sprawdź drivery z wbudowaną pompą ładunku (Infineon IRS23600, TI UCC27712) lub cyfrowe z PWM-less gate supply.
• Porównaj wpływ ESR kondensatora na rozładowanie (model RC).
• Zbadaj alternatywne topologie (synchroniczny buck z N-kanałem, gdzie high-side jest na 5 V).

Krótkie podsumowanie

Utrzymanie bramki STD35NF06L przez 30 s w konfiguracji high-side z IRS20752 wymaga kondensatora bootstrap rzędu ≥ ≈ 600 µF; to rozwiązanie kłopotliwe. W praktyce stosuje się oddzielne źródło zasilania VB. Jeśli tranzystor pracuje jako low-side, używa się prostego RC ~47 µF na wejściu logicznym, bo driver sam podtrzymuje bramkę.