Hispanopedia WikiEl arranque en frío es una técnica del campo de la electrónica en la que parte de la salida de un sistema se utiliza durante el arranque.
Un circuito bootstrap es aquel en el que parte de la salida de una etapa amplificadora se aplica a la entrada, con el fin de modificar la impedancia de entrada del amplificador. Cuando se aplica deliberadamente, la intención suele ser aumentar, no disminuir, la impedancia. [ 1 ]
En el ámbito de los circuitos MOSFET , el término "bootstrapping" se utiliza comúnmente para referirse a elevar el punto de operación de un transistor por encima del riel de alimentación. [ 2 ] [ 3 ] El mismo término se ha utilizado de forma más general para referirse a la modificación dinámica del punto de operación de un amplificador operacional (mediante el desplazamiento de sus rieles de alimentación positivo y negativo) con el fin de aumentar su oscilación de voltaje de salida (en relación con tierra). [ 4 ] En el sentido utilizado en este párrafo, "bootstrapping" de un amplificador operacional significa "utilizar una señal para controlar el punto de referencia de las fuentes de alimentación del amplificador operacional". [ 5 ] Un uso más sofisticado de esta técnica de bootstrapping de riel consiste en modificar la característica C/V no lineal de las entradas de un amplificador operacional JFET para disminuir su distorsión. [ 6 ] [ 7 ]
impedancia de entrada
En el diseño de circuitos analógicos , un circuito bootstrap es una disposición de componentes diseñada para modificar la impedancia de entrada de un circuito. Generalmente, se busca aumentar la impedancia mediante una pequeña cantidad de retroalimentación positiva , normalmente en dos etapas. Esto era frecuente en los inicios de los transistores bipolares , que intrínsecamente tienen una impedancia de entrada bastante baja. Debido a que la retroalimentación es positiva, estos circuitos pueden presentar una estabilidad y un rendimiento de ruido deficientes en comparación con los que no utilizan bootstrap.
Negative feedback may alternatively be used to bootstrap an input impedance, causing the apparent impedance to be reduced. This is seldom done deliberately, however, and is normally an unwanted result of a particular circuit design. A well-known example of this is the Miller effect, in which an unavoidable feedback capacitance appears increased (i.e. its impedance appears reduced) by negative feedback. One popular case where this is done deliberately is the Miller compensation technique for providing a low-frequency pole inside an integrated circuit. To minimize the size of the necessary capacitor, it is placed between the input and an output which swings in the opposite direction. This bootstrapping makes it act like a larger capacitor to ground.
Driving MOS transistors
An N-MOSFET/IGBT needs a significantly positive charge (VGS > Vth) applied to the gate in order to turn on. Using only N-channel MOSFET/IGBT devices is a common cost reduction method due largely to die size reduction (there are other benefits as well). However, using nMOS devices in place of pMOS devices means that a voltage higher than the power rail supply (V+) is needed in order to bias the transistor into linear operation (minimal current limiting) and thus avoid significant heat loss.
A bootstrap capacitor is connected from the supply rail (V+) to the output voltage. Usually the source terminal of the N-MOSFET is connected to the cathode of a recirculation diode allowing for efficient management of stored energy in the typically inductive load (See Flyback diode). Due to the charge storage characteristics of a capacitor, the bootstrap voltage will rise above (V+) providing the needed gate drive voltage.
A bootstrap circuit is often used in each half-bridge of an all-N-MOSFET H-bridge. When the low-side N-FET is on, current from the power rail (V+) flows through the bootstrap diode and charges the bootstrap capacitor through that low-side N-FET. When the low-side N-FET turns off, the low side of the bootstrap capacitor remains connected to the source of the high-side N-FET, and the capacitor discharges some of its energy driving the gate of the high-side N-FET to a voltage sufficiently above V+ to turn the high-side N-FET fully on; while the bootstrap diode blocks that above-V+ voltage from leaking back to the power rail V+.[8]
Un MOSFET / IGBT es un dispositivo controlado por voltaje que, en teoría, no presenta corriente de puerta. Esto permite utilizar la carga del condensador para fines de control. Sin embargo, con el tiempo, el condensador pierde su carga debido a la corriente de puerta parásita y a una resistencia interna no ideal (es decir, finita), por lo que este esquema solo se utiliza en presencia de un pulso constante. Esto se debe a que la pulsación permite la descarga del condensador (al menos parcial, si no completa). La mayoría de los esquemas de control que utilizan un condensador de arranque fuerzan el apagado del controlador de lado alto (N-MOSFET) durante un tiempo mínimo para permitir la recarga del condensador. Esto significa que el ciclo de trabajo siempre deberá ser inferior al 100 % para compensar la descarga parásita, a menos que la fuga se compense de otra manera.
Fuentes de alimentación conmutadas
En las fuentes de alimentación conmutadas , los circuitos de control se alimentan desde la salida. Para arrancar la fuente de alimentación, se puede usar una resistencia de fuga para cargar lentamente el riel de alimentación y así iniciar la oscilación del circuito de control. Este método es menos costoso y más sencillo que proporcionar una fuente de alimentación lineal independiente solo para arrancar el circuito regulador. [ 9 ]
Oscilación de salida
Los amplificadores de CA pueden utilizar el arranque en frío para aumentar la amplitud de la señal de salida. Un condensador (generalmente denominado condensador de arranque en frío ) se conecta desde la salida del amplificador al circuito de polarización , proporcionando voltajes de polarización superiores al voltaje de la fuente de alimentación. De esta forma, los seguidores de emisor pueden proporcionar una salida de riel a riel, una técnica común en los amplificadores de audio de clase AB.
circuitos integrados digitales
En un circuito integrado, se utiliza un método de arranque (bootstrap) para permitir que las líneas de distribución de dirección y reloj internas tengan una mayor amplitud de voltaje. El circuito de arranque utiliza un condensador de acoplamiento, formado a partir de la capacitancia puerta/fuente de un transistor, para elevar ligeramente el voltaje de una línea de señal. [ 10 ]
Algunos circuitos integrados totalmente pMOS, como el Intel 4004 y el Intel 8008, utilizan ese circuito de "carga de arranque" de 2 transistores. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
Véase también
- Aplicaciones del teorema de Miller (creación de una impedancia infinita virtual)
- Arranque , carga inicial de programas para una computadora
Referencias
- ↑ Norma IEEE 100. Diccionario autorizado de términos de las normas IEEE (7.ª ed.). IEEE Press. 2000. pág. 123. ISBN 0-7381-2601-2.
- ↑ Uyemura, John P. (1999). Diseño de circuitos lógicos CMOS . Springer. pág. 319. ISBN 978-0-7923-8452-6.
- ↑ Pelgrom, Marcel JM (2012). Conversión analógica-digital (2.ª ed.). Springer. págs. 210–211 . ISBN 978-1-4614-1371-4.
- ↑ King, Grayson; Watkins, Tim (13 de mayo de 1999). "El arranque de su amplificador operacional produce amplias oscilaciones de voltaje" (PDF) . EDN : 117–129 .
- ↑ Graeme, Jerald (1994). "La medición de la distorsión del amplificador operacional evita las limitaciones del equipo de prueba". En Hickman, Ian; Travis, Bill (eds.). The EDN Designer's Companion . Butterworth-Heinemann. pág. 205. ISBN 978-0-7506-1721-5.
- ↑ Jung, Walt. "El sustrato de circuitos integrados con realimentación reduce la distorsión en los amplificadores operacionales JFET" (PDF) . Nota de aplicación AN-232 de Analog Devices.
- ↑ Douglas Self (2014). Diseño de audio de pequeña señal (2.ª ed.). Focal Press. págs. 136–142 . ISBN 978-1-134-63513-9.
- ↑ Diallo, Mamadou (2018). "Selección de circuitos de arranque para configuraciones de medio puente" (PDF) . Texas Instruments.
- ↑ Mack, Raymond A. (2005). Desmitificando las fuentes de alimentación conmutadas . Newnes. pág. 121. ISBN 0-7506-7445-8.
- ↑ Dally, William J.; Poulton, John W. (1998). Ingeniería de sistemas digitales . Cambridge University Press. págs. 190–191 . ISBN 0-521-59292-5.
- ↑ Faggin, Federico . "La nueva metodología para el diseño de lógica aleatoria" . Consultado el 3 de junio de 2017 .
- ↑ Faggin, Federico. "The Bootstrap Load" . Consultado el 3 de junio de 2017 .
- ↑ Shirriff, Ken (octubre de 2020). "Cómo la carga de arranque hizo posible el histórico procesador Intel 8008" .
- Ingeniería electrónica
