2 Bootstrap StromversorgungenDesign

Das Bootstrap arbeitet mit einer Eingangsspannung und einem PWM-Signal. Die Eingangsspannung wird von derselben Stromversorgung gespeist, die das zu prüfende Gerät (DUT) versorgt, und die Eingangsspannung kann mit einem LDO herabgesetzt werden. Da für den Bootstrap ein PWM-Signal erforderlich ist, kann das Signal nur mit DUTs verwendet werden, die ein PWM-Signal erzeugen oder mit einem PWM-Signal arbeiten. Der DUT ist nicht notwendigerweise von der Low-Side des Verstärkers isoliert, wie in Abbildung 1-1gezeigt. Aus diesem Grund kann kein DC/DC-Spannungswandler allein verwendet werden. Die High-Side des Verstärkers hat keine Masseverbindung mit dem DUT. Das PWM-Signal ist an die High-Side-Masse des isolierten Verstärkers gebunden. Das Bootstrap stellt sicher, dass die High-Side-Stromversorgung immer über dem PWM-Signal schwebt, sodass die High-Side-Stromversorgung ein stetiges Signal hat, obwohl es sich bei der High-Side-Masse um ein PWM-Signal handelt.

Die Eingangsspannung zum Bootstrap-Schaltkreis bestimmt den stationären Ausgangswert, daher muss die Eingangsspannung nahe an der gewünschten High-Side-Versorgungsspannung liegen, um eine Verletzung der High-Side-Versorgungsspezifikationen des Verstärkers zu vermeiden. Ein LDO ist erforderlich, wenn sich der DUT-VCC-Bus außerhalb der empfohlenen Betriebsbedingungen des isolierten Verstärkers befindet. LDOs benötigen im Allgemeinen nur wenige zusätzliche externe Komponenten, und LDOs erzeugen sauberere Signale als Schaltregler, weshalb LDOs für diese Anwendung empfohlen werden. Die Eingangsspannung des Bootstrap-Schaltkreises ist größer als die DUT-Masse. Wenn also das PWM-Signal niedrig ist, kommt es zu einem positiven Spannungsabfall an der Diode, die leitet und den Kondensator lädt, wie in Abbildung 2-1 dargestellt.

Abbildung 2-1 Laden des Bootstrap-Kondensators

Wenn das PWM-Signal hoch ist, liegt kein Spannungsabfall oder negativer Spannungsabfall am Kondensator vor und das Signal hört auf zu leiten, sodass der Kondensator in die High-Side-Stromversorgung entlädt wird, wie in Abbildung 2-2 dargestellt. Die Bootstrap-Schaltung kann einen stabilen Zustand erreichen, wenn die vom Kondensator gespeicherte Spannung bei niedrigem PWM-Signal der vom Kondensator entladenen Spannung bei hohem PWM-Signal entspricht. Das bedeutet, dass die Startzeit und die Welligkeit im stationären Zustand von der RC-Zeitkonstante abhängen und durch die Frequenz und das Tastverhältnis des PWM-Signals beeinflusst werden können.

Abbildung 2-2 Entladen des Bootstrap-Kondensators