I transistor Mosfet a canale P possono semplificare il progetto dei sistemi di potenza soprattutto quando vengono usati come switch sul lato alto dei circuiti di amplificazione dove ci siano valori di tensione oltre i 100 Vdc. Per polarizzare e comandare un Mosfet di questo tipo è necessario fare in modo di caricare e scaricare rapidamente e ripetutamente la sua capacità d’ingresso posta fra base ed emettitore in modo tale da ridurre le perdite per dissipazione termica. Il circuito mostrato nella figura 1 può svolgere questo compito.
Fig. 1 – L’amplificatore operazionale lavora fra 38 e 50 V per comandare il transistor di potenza Mosfet Q7
Q7 è il Mosfet a canale P fornito da International Rectifier e può lavorare sui carichi fino a 50 V. Una serie d’impulsi prodotta da un generatore o da un modulatore PWM, Pulse Width Modulation, impone al carico di lavorare alla frequenza di 60 kHz con duty-cycle variabile. La parte del circuito che c’interessa è quella formata da Q4, R5, D2, R4, D3 e R3, i quali praticamente formano un variatore di livello a gradino che serve anche a garantire che la caduta di tensione fra base ed emettitore del Q7 non superi mai 10V. Per questo motivo quando Q4 è in conduzione sul D3 si stabiliscono esattamente 10V. Questa tensione serve ad accendere il Q7 attraverso l’amplificatore operazionale IC1A, il quale è costituito da una sola metà dell’integrato MC33072 fornito da On Semiconductor ed è caratterizzato da uno slew-rate di 13 V/µsec che può agevolmente pilotare i condensatori con capacità fino a 10 nF.
Il gruppo formato da D4, R1, Q1, Q2, R2 e C1 serve a fornire la “massa” per l’amplificatore operazionale che si stabilizza a 38V, i quali si ricavano sottraendo 12V dai 50V di polarizzazione; in altre parole per l’operazionale i 50V sono la tensione positiva e i 38V sono la terra. L’anodo del D3 è connesso all’ingresso non invertente dell’IC1A, la cui uscita comanda la base del Q7 a 40V, ovvero 10V meno della tensione di comando di 50V.
Il circuito formato da R6, Q5, D1, R2, R3, Q6, R9, R10 e Q3 serve a commutare rapidamente l’anodo del D3 e portarlo a 50V, i quali spengono Q7. Il transistor Q5 lavora come invertitore che si occupa di accendere Q6, il quale a sua volta comanda il Q3 a portare rapidamente l’anodo del D3 a 50V che di conseguenza comanda la base del Q7.
I diodi Schottky D1 e D2 servono ad accrescere alternativamente la velocità di commutazione di Q5 e Q4. L’amplificatore operazionale a guadagno unitario IC1A ha un alto slew-rate, è facilmente configurabile, può comandare i carichi capacitivi ed è adatto per retroazionare la tensione sulla base del Mosfet. Queste caratteristiche ne fanno il dispositivo ideale per ottimizzare la velocità di commutazione del Q7. Usando questo circuito si possono ottenere tempi di salita e discesa sull’uscita del Q7 pari a circa 500 nsec.