º Por Osvaldo LW1DSEº

Veamos ahora que sucede cuando nuestra logica de control se halla aislada electricamente del MOSFET. Debemos, pues, recurrir a alguna suerte de mecanismo por el cual realizar la transferencia de la señal de apertura y cierre del MOSFET salteando una barrera importante de potencial. Para ello, se pueden recurrir a varias soluciones. Las 3 m s importantes son:

a) Transformadores;
b) Optoacopladores;
c) Integrados especificamente diseñados para ello.

Entonces, exploremos las tres alternativas arriba expuestas.

a) Transformadores.

Al igual que cualquier otro tipo de transformador, aquel destinado a transferir la señal de control de los MOSFET, debe poseer un primario, uno o mas secundarios, y un nucleo de ferrite que permita el acoplamiento magnitico entre los devanados. Con algunas particularidades: que la carga no consume casi potencia de DC, y requiere un muy buen acoplamiento entre los arrollamientos para permitir el pasaje de los bruscos flancos de subida y bajada, y que la carga, es ademas altamente capacitiva. Ya vimos que se requiere poder transferir grandes picos de corriente durante periodos muy breves de tiempo, eso se traduce como una extremadamente baja inductancia de dispersion. Pero, como pasa casi siempre, esos dos conceptos (buen acoplamiento con bajas inductancias de dispersion contra alta aislacion) son contradictorios. Analicemos, pues, el caso de un s¢lo MOSFET, y en la proxima entrega ampliaremos para el caso de 2 o mas de ellos.

Aca vemos un circuito que utiliza dos transistores de efecto de campo complementarios exitando un transformador de pulsos, generalmente de relacion de vueltas unitaria, es decir, sin afectar la escala de tensiones. El comportamiento es similar al detallado anteriormente para el circuito con acople directo, con el adicionado del transformador y un capacitor de acople mas. Ca evita la presencia de corriente continua en el primario del trafo, mientras que Cg se comporta (junto a Z1, D1 y Rp) como un restaurador de DC, permitiendo que el MOSFET sea gobernado plenamente. El diodo D1 puede suprimirse en caso de no desear aplicar polarizacion negativa a la compuerta, segun lo visto en el capitulo anterior. De esta manera, la compuerta del MOSFET "ve" una excursion de +/- 12 Volts.

Aqui tambien pueden usarse transistores bipolares, pero con una salvedad. Cuando la compuerta se descarga, impone una corriente por el lado secundario del transformador. Por lo tanto, el transformador puede en ciertas condiciones, inviertir el sentido de circulacion de la energia, entregandola desde el secundario hacia el primario, es decir se revierten los papeles de primario y secundario. Es, por lo tanto, necesario que por el lado del primario se le de una via de circulacion para esa corriente transferida desde la salida hacia la entrada. En el caso de los MOSFET usados como driver, dicha circulacion puede darse a traves de los diodos intrinsecos de los MOSFET.

Dado que dichas corrientes en sentido inverso pueden dañar las junturas de los transistores exitadores, es siempre necesario conectar dos diodos (D1 y D2) como muestra la figura 2 para permitir que dichas corrientes circulen libremente hacia la fuente auxiliar de 24 Volts, donde quedan "clampeadas".

La figura 3 ilustra el caso de un transformador utilizado para acoplar un integrado con salida en Totem Pole, tal como un UC3842 (43, 44 o 45), el cual tiene una corriente de pico de 1 Amper. Como la salida presenta 2 BJT's, tambien se deben colocar los diodos de proteccion.

Con referencia a los diodos mencionados en los 2 parrafos anteriores, es importante que sean extremadamamente rapidos. Dado que las corrientes y las tensiones que deben manejar son bajas, se suelen utilizar diodos Schottky de 1 Amper, y de 40 o 45 Volts de pico inverso. Por la misma razon, las conexiones de los diodos deben ser tan cortas como sea posible. Y en el caso del diodo D1, lo mas cerca posible del terminal de alimentacion del IC, y cerca tambien del capacitor de desacople de +VCC del mismo. Si la distancia entre el transformador y el integrado fuera algo larga (cosa poco deseable), los diodos deben estar en las proximidades del IC, de manera de descargar simult neamente la inductancia del conexionado. Es posible, tambien, reemplazar al diodo D2 por un zener de una tension ligeramente superior a la de +B del IC, y suprimir asi al diodo D1, lo cual ahorra un componente. Empero, los zener suelen ser un poco mas lentos que los Schotky, y suelen fallar a manera de cortocircuito, lo cual en caso de suceder, puede dañar la salida del IC.

Para culminar con esta aproximacion a un buen driver de MOSFET de una sola salida, vamos a ver como seria una implementacion correcta para aquellos casos en que la salida del integrado de control de PWM no ha sido especifica-mente diseñada para exitarlos. Tal es el caso de controles PWM algo antiguos, como el caso del TDA 1060, MC 34063, TL 494, o en aquellos diseños que rondan alrededor de elemetos discretos, como ser un comparador LM393/339, etc; o una
salida CMOS. En todos ellos debe existir un "buffer" adecuado para el correcto manejo de las corrientes demandadas por la compuerta del MOSFET.

Puede observarse que es la misma idea aplicada a los casos generales pero especializada a cada caso particular. En la figura 4 vemos el caso de disponer de una salida open emmiter. Como la salida esta  en la fase correcta para la exitacion del MOSFET, solamente se agrega el seguidor por emisor con el objeto de disponer de una corriente de pico de alrededor de 1 Amper o mas.
La resistencia Re permite la circulacion de la corriente continua de emisor del transistor interno, y permite que al desaparecer esta, la salida adquiera el valor de masa para poder exitar correctamente el transistor PNP de salida.
Por otro lado, si se prefiere la salida por open colector de algunos IC's, o de no disponer de la salida por emisor, es preciso invertir la salida, pues de otra manera, la salida quedaria en fase contraria a la necesaria para el FET, y por lo tanto la fuente presentaria realimentacion positiva en lugar de negativa. La inversion puede realizarse con alguna compuerta logica sobrante (HCF4049, HCF4069, HCF40106, 74C14, etc.) o mediante un transistor adicional.
Nuevamente, Rc es la resistencia de carga del transistor interno, que permite que la salida del mismo y, por ende la entrada del inversor, adquiera la tension de posistivo (1 Logico) mientras que el transistor se encarga del 0 logico.

Para la figura 4, Re puede tener un valor de entre 1 y 10Kohms, y lo mismo es valido para la Rc de la figura 5.

Por Osvaldo LW1DSE

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