Dioden am Transistorschaltung und Boot-Strap

[Collage]

Hallo,

ich versuche die Funktionsweise der im Anhang ist die Boot-Strap-Schaltung aufgeführten Schaltung zu verstehen.

1. Was passiert wenn die Z-Dioden D403 und D404 eine höhere Durchbruchsspannung besitzen würden?

Ich meine, in dem Fall die Durchbruchsspannung beim D403 kleiner sein sollte als die höhere zum Durchschalten des MOS-Transistors TR403 notwendige Spannungsgrenze, die ans Gate kommen sollte.
Wenn nicht - dann was ??

1a. Wenn die ans Gate geleiferte Spannung die Durchbruchsspannung von Z-Diode übersteigt, dann reduziert sich die Spannung am Gate des TR403?
Die Durchbruchsspannung von D403 sollte auch die am Spannungsversorgungszweig gelieferte Spannung nicht übersteigen.

2. Zum Diode D401 und ersten Tansistor TR401... Wenn die Spannung am Kollektor vom TR401 grösser sein wird ? Was dann? Bis auf das nicht passiert, fliesst der ganze Strom über TR401.

3. Boot-Strap-Schaltung wird verwendet um s.g. Ladungspumpe zu ersetzen. Und mittels billigen Kondensator C402 und billigen MOSFET der Strom mit kurzen Unterbrechungen an z.B. Heizelement zu liefern.
Wofür brauch man diese Unterbrechungen? Um mittels PWM Energie zu sparen?

[ranke]

Ich vermute folgendes:
D404 schützt den Mosfet vor unzulässig hoher Spannung zwischen D und S. Wird die Spannung zu hoch, leitet die Diode, zieht dadurch das G hoch und der Mosfet wird unabhängig von der Ansteuerung leitend. Damit baut sich die Spannung ab.
D403 schützt den Mosfet vor zu hoher Spannung zwischen G und S. Überspannungen werden direkt abgeleitet.
D401 schützt TR401 vor zu hoher Spannung zwischen C und E.
Die entsprechenden Durchbruchsspannungen der Dioden sollten sich also nach den maximal zulässigen Transistorwerten richten. Bei günstigen Verhältnissen (Eingangsspannung nicht zu hoch) werden die Durchbruchsspannungen im Betrieb möglicherweise niemals erreicht.
Die Bootstrapschaltung scheint nur sinnvoll, wenn die Eingangsspannung so niedrig wird, dass die Spannung zwischen G und S nicht mehr zum vollen Durchschalten des Mosfet genügt. In diesem Fall wird beim Einschalten des Mosfet über den Kondensator eine Spannungsverdopplung erzielt. Da sich die Ladung durch Leckströme bald abbaut muss häufiger eingeschaltet werden. Daher muss man bei solchen Schaltungen immer mal ganz kurz ausschalten um dann gleich wieder einschalten zu können.

[Collage]

Vielen Dank. Geklärt.

Nur noch: warum verliert eine Boot-Strap-Schaltung in dauerhaft eingeschalteten Zustand nach einer kürzen Zeit ihre Funktion?

Ist der Grund dass die Boot-Strap nur dann funktioniert wenn man schaltet? Und der Boot-Strap-Kondensator soll Be- und Entladen werden?
Und in der Realität entlädt sich der Kondensator nicht ganz ?

[Peter(TOO)]

U_GSMax liegt normalerweise bei +/-15 bis +/-20V. Bei höheren Spannungen schlägt dann die Gate-Isolation durch und es war ein MOS-FET gewesen. Dazu reichen schon Impulse im µs-Bereich.

Ein normaler Leistungs N-MOS-FET braucht etwa U_GS = +10V um voll durchzusteuern. Idealerweise ist dann U_DS nahezu 0V.
U_G ist dann aber knapp 10V höher als die Betriebsspannung!

Man benötigt also noch eine Hilfsspannungsquelle.
Da I_G nahezu Null ist, kommt man mit einem Kondensator schon recht weit. Den meisten Strom verbraucht man meistens in der Ansteuerung und den Hilfskreisen (Leckströme TR401, D403, D404 und D405) .
Der Trick ist nun, diesen Kondensator zu laden, wenn der Ausgang abgeschaltet ist. In obiger Schaltung erfolgt die Ladung über D406, C402 und R_L. R401 und R402 dürften sehr Hochohmig sein und wenig zum Ladestrom beitragen.

Da C402 also entladen wird, muss ab und zu der Ausgang abgeschaltet werden um C402 wieder zu laden.

Bei PWM ist dies sowieso der Fall, man kann nur das Signal nicht bis 100% aussteuern. Meist reichen aber 99.99% völlig aus.
Bei den meisten Lasten fallen kurze Unterbrechungen (maximal ms) der Spannung auch nicht auf. Je nach Auslegung muss dies auch nur alle paar Sekunden durchgeführt werden.

MfG Peter(TOO)

[Collage]

Vielen Dank