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Bootstrapping (Elektrotechnik)
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Benötigt wird dies beispielsweise bei elektronischen Schaltern und Verstärkern in Brücken- oder Halbbrückenschaltung sowie sog. high side switches (elektronische Schalter, die die Betriebsspannung schalten), um den oberen Schaltzweig anzusteuern, wenn es sich dabei um einen NPN- bzw. NMOS-Transistor handelt.
Anhand der Grafik lässt sich die Funktion beschreiben:
FET 1 (Es sollen die preiswerteren und leistungsfähigeren n-Kanal-Anreicherungstyp-MOSFETs verwendet werden) benötigt zum Durchschalten am Gate (Pin 7) eine Spannung von +15V bezüglich des Potentials B. Potential B „floatet“ aber, d.h. je nach Schaltzustand ist Potential B gegenüber Bezugspotential (ground bzw. GND) entweder auf 0V (FET 2 ist eingeschaltet, FET 1 ist ausgeschaltet) oder auf Ui (FET 1 ist eingeschaltet, FET2 ist ausgeschaltet).
Des Weiteren gibt es noch den Zustand, bei dem das Potential B Ui/2 bzw. undefiniert ist, wenn beide FETs sperren, und Zwischenzustände, während die FETs gerade schalten. Wenn also FET 1 durchschalten soll, benötigt er an seinem Gate eine Spannung von Ui + 15V, da beim Durchschalten von FET 1 Potential B auf Ui liegt - seine Gatespannung ist auf dessen Source bezogen. Um nun dem Gate diese Spannung zur Verfügung zu stellen, wird der FET-Treiber mit einer Spannung gespeist, die ein dynamisches Bezugspotential hat und 15V über dem Potential B liegt. Dies wird durch die Reihenschaltung von Kondensator, Widerstand und Diode erreicht: wenn FET 2 durchschaltet, liegt Pin 5 (nahezu) auf Masse, und der Bootstrap-Kondensator C wird über die Diode D und den Widerstand R (dieser dient nur der Strombegrenzung) auf 15V aufgeladen. Wenn nun FET 2 wieder sperrt und sich Potential B erhöht, liegt an Pin 1 (Betriebsspanungsanschluss) des Treibers eine Spannung an, die immer um 15V höher ist als die von Potential B. Die Diode verhindert, dass sich der Kondensator dabei in die 15V-Spannungsquelle entlädt. Der FET-Treiberschaltkreis kann nun entsprechend seinem Eingangssignal (dessen potentialgetrennte Ansteuerung ist hier nicht dargestellt) FET 1 bezogen auf B bzw. dessen Source-Anschluss ansteuern.
MOSFETs können zwar nahezu leistungslos angesteuert werden, verursachen aber eine Verlustleistung im Ansteuerschaltkreis. Dieser kann beim Ausschalten von FET 1 die Gateladung nicht wieder in den Kondensator zurückführen, sondern leitet sie in Potential B ab. Dies bedeutet, dass FET 1 nicht unbegrenzt lange eingeschaltet werden kann, da sich der Kondensator entlädt. Daher funktioniert die Schaltung nur, wenn FET 2 zu Beginn und danach immer wieder mal eine bestimmte Zeit lang durchschaltet, damit der Kondensator wieder auf 15V aufgeladen werden kann. Das Schaltregime hat auch Auswirkungen auf die Dimensionierung des Widerstandes und des Kondensators.
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