MOSFET 半橋開關(guān)電路
出處:維庫電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2023-02-16 17:00:41 | 549 次閱讀
第一張圖來自第一篇文章。第二個(gè)顯示柵極驅(qū)動(dòng)波形(在驅(qū)動(dòng) MOSFET 上)和漏極上產(chǎn)生的 pwm 波形。當(dāng)然,它們?cè)谀撤N程度上被理想化了。
旋糖苷 在 A 點(diǎn),沒有低側(cè) MOSFET 柵極電壓 - MOSFET 關(guān)閉,因此其漏極電壓很高。任何電機(jī)電流現(xiàn)在都通過 hiside MOSFET 重新循環(huán)。
在 A 點(diǎn)附近的某個(gè)柵極電壓下,losside MOSFET 開始導(dǎo)通。可能有許多并聯(lián)的 MOSFET,它們可能不完全平衡,因此一些可能會(huì)先于其他 MOSFET 開始導(dǎo)通。這就是硅的正溫度系數(shù)有用的地方:任何較早開啟的 MOSFET 都會(huì)變得更熱,因此其 R ds(on)增加,這往往會(huì)減慢其開啟速度,從而平衡 MOSFET 之間的電流。
參考2QD 電路,MOSFET 柵極電壓上升的速率將(主要)由 1K 上拉至引腳 14 對(duì)兩個(gè)電容器(C10 和 C11)充電的速率控制。
從 A 到 E 的整個(gè)導(dǎo)通周期約為 1?S?!奥亍保ù蠹s 200nS,從 B 到 C 的時(shí)間)MOSFET 中的電流逐漸增加,直到 MOSFET 傳導(dǎo)全部電機(jī)電流。一直以來,這些低側(cè) MOSFET 的導(dǎo)通電流都小于電機(jī)的全電流,其余的電機(jī)電流肯定仍流向某個(gè)地方——它仍在頂部 MOSFET 中循環(huán)。要流入頂部 MOSFET,這仍然必須是正向偏置的。
因此,在此電流建立階段 (BC) 期間,驅(qū)動(dòng) MOSFET 具有全電池電壓。因此,這是 MOSFET 中大量耗散的時(shí)期:V cc x I m /2(電源電壓乘以平均 MOSFET 電流)。
當(dāng)飛輪 MOSFET 停止導(dǎo)通時(shí),漏極電壓現(xiàn)在開始自由下降。但現(xiàn)在出現(xiàn)了另一個(gè)影響:MOSFET 內(nèi)部有一個(gè)“大”電容器,連接在柵極和漏極 (C gd ) 之間。這必須在 MOSFET 的源極漏極電壓下降時(shí)放電,并且它只能通過吸收柵極驅(qū)動(dòng)電流來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于 BUZ100S,此 C gs 的引用值通常為 615 pF。要通過 36V 對(duì) 615pF 放電,需要很大的電流。此時(shí),在 C 和 D 之間,柵極驅(qū)動(dòng)波形中有一個(gè)清晰可見的合成“平臺(tái)”,大約為 300nS。
有趣的一點(diǎn)是,如果柵極驅(qū)動(dòng)電流受到限制(這是必須的),平臺(tái)周期就會(huì)延長(zhǎng)。梯田周期也是高耗散,底部 MOSFET 承載全電機(jī)電流,平均電壓為電池的一半。
從這里可以清楚地看出,MOSFET 開關(guān)應(yīng)該盡可能快地完成,以獲得最佳效率。不幸的是,還有其他權(quán)衡,例如,如果您快速切換,則可能會(huì)產(chǎn)生高水平的輻射射頻諧波干擾。
此外,如果您嘗試過快地打開驅(qū)動(dòng) MOSFET,則您正試圖快速從頂部 MOSFET 移除飛輪電流 - 頂部 MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)已經(jīng)關(guān)閉(希望如此),并且頂部 MOSFET 的體二極管將進(jìn)行?,F(xiàn)在 MOSFET 體二極管并不是最快的二極管:BUZ100S 的規(guī)格說明最大關(guān)斷時(shí)間為 160nS。如果接近這個(gè)??速率,底部 MOSFET 現(xiàn)在不僅要傳導(dǎo)電機(jī)電流,還要在漏極電壓下降之前傳導(dǎo)頂部 MOSFET 的衰減關(guān)斷電流。
在 E 點(diǎn),柵極波形處于最大值:MOSFET 早已導(dǎo)通?,F(xiàn)在電機(jī)兩端的電池電壓已滿,電機(jī)電流將從現(xiàn)在開始增加,直到驅(qū)動(dòng) MOSFET 關(guān)閉。當(dāng)驅(qū)動(dòng) MOSFET 關(guān)閉時(shí),電機(jī)的電感保持電流循環(huán),電機(jī)電流略有衰減。如果電機(jī)的電感太小,則循環(huán)中的電流“紋波”會(huì)變得很大,從而降低電機(jī)效率,而這決定了最低工作頻率。大多數(shù)商業(yè)控制器選擇 20kHz 左右——對(duì)于任何傳統(tǒng)電機(jī)來說都足夠高,但有趣的是,它接近對(duì) Lynch 電機(jī)合理的最低值。
在 F 點(diǎn),柵極電壓關(guān)閉。現(xiàn)在,如果您查看 2QD 電路,可用于關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)器基極電流是 LM339 可以吸收的總電流(通常為 16mA)乘以 PNP 驅(qū)動(dòng)器的增益。柵極電壓被快速移除,可能為 400nS,是的,有一個(gè)可能為 100nS 的“后平臺(tái)”。
驅(qū)動(dòng) MOSFET 的關(guān)斷與其導(dǎo)通相反。這需要時(shí)間,一旦它不再傳導(dǎo)全電機(jī)電流,源飛輪就會(huì)升至全電源電壓以通過續(xù)流二極管/MOSFET 釋放電機(jī)電流的平衡,因此還有另一對(duì)高耗散時(shí)間,最初,MOSFET 兩端的電壓上升,以允許飛輪開始導(dǎo)通,然后隨著驅(qū)動(dòng) MOSFET 中的電流衰減和頂部 MOSFET 以二極管模式導(dǎo)通, R ds進(jìn)一步降低。
只有在頂部 MOSFET 導(dǎo)通(作為二極管)整個(gè)電機(jī)電流后,它們才能安全地變成電阻器而不是二極管。
當(dāng)然,頂部 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)必須在底部 MOSFET 開始傳導(dǎo)電流之前移除 - 或者在最壞的情況下(實(shí)際上提供最佳效率),柵極驅(qū)動(dòng)可以在電流下降到頂部 MOSFET 時(shí)移除零。
接收到的噪音
可以殺死 MOSFET 的因素之一是高能噪聲尖峰,它在錯(cuò)誤的時(shí)間到達(dá)。電機(jī)有電刷和換向器。換向器和電刷齒輪電弧,尤其是舊的和磨損的電弧是寬帶噪聲的良好來源。電機(jī)和控制器之間是電線。電線充當(dāng)傳輸線。產(chǎn)生正確形狀的噪聲波形并沿著由電機(jī)引出的傳輸線傳播并以足夠的能量準(zhǔn)確地在錯(cuò)誤的時(shí)間到達(dá)控制器的機(jī)會(huì)有限。如果發(fā)生這種情況 - 好吧,據(jù)說 MOSFET 中的 FET 代表“Fire Emitting Transistor”。
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