MOSFET 半橋開關電路
出處:維庫電子市場網 發(fā)布于:2023-02-16 17:00:41 | 523 次閱讀
第一張圖來自第一篇文章。第二個顯示柵極驅動波形(在驅動 MOSFET 上)和漏極上產生的 pwm 波形。當然,它們在某種程度上被理想化了。
旋糖苷 在 A 點,沒有低側 MOSFET 柵極電壓 - MOSFET 關閉,因此其漏極電壓很高。任何電機電流現(xiàn)在都通過 hiside MOSFET 重新循環(huán)。
在 A 點附近的某個柵極電壓下,losside MOSFET 開始導通。可能有許多并聯(lián)的 MOSFET,它們可能不完全平衡,因此一些可能會先于其他 MOSFET 開始導通。這就是硅的正溫度系數有用的地方:任何較早開啟的 MOSFET 都會變得更熱,因此其 R ds(on)增加,這往往會減慢其開啟速度,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 對兩個電容器(C10 和 C11)充電的速率控制。
從 A 到 E 的整個導通周期約為 1?S?!奥亍保ù蠹s 200nS,從 B 到 C 的時間)MOSFET 中的電流逐漸增加,直到 MOSFET 傳導全部電機電流。一直以來,這些低側 MOSFET 的導通電流都小于電機的全電流,其余的電機電流肯定仍流向某個地方——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,驅動 MOSFET 具有全電池電壓。因此,這是 MOSFET 中大量耗散的時期:V cc x I m /2(電源電壓乘以平均 MOSFET 電流)。
當飛輪 MOSFET 停止導通時,漏極電壓現(xiàn)在開始自由下降。但現(xiàn)在出現(xiàn)了另一個影響:MOSFET 內部有一個“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放電,并且它只能通過吸收柵極驅動電流來實現(xiàn)。對于 BUZ100S,此 C gs 的引用值通常為 615 pF。要通過 36V 對 615pF 放電,需要很大的電流。此時,在 C 和 D 之間,柵極驅動波形中有一個清晰可見的合成“平臺”,大約為 300nS。
有趣的一點是,如果柵極驅動電流受到限制(這是必須的),平臺周期就會延長。梯田周期也是高耗散,底部 MOSFET 承載全電機電流,平均電壓為電池的一半。
從這里可以清楚地看出,MOSFET 開關應該盡可能快地完成,以獲得最佳效率。不幸的是,還有其他權衡,例如,如果您快速切換,則可能會產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動 MOSFET,則您正試圖快速從頂部 MOSFET 移除飛輪電流 - 頂部 MOSFET 的柵極驅動已經關閉(希望如此),并且頂部 MOSFET 的體二極管將進行?,F(xiàn)在 MOSFET 體二極管并不是最快的二極管:BUZ100S 的規(guī)格說明最大關斷時間為 160nS。如果接近這個??速率,底部 MOSFET 現(xiàn)在不僅要傳導電機電流,還要在漏極電壓下降之前傳導頂部 MOSFET 的衰減關斷電流。
在 E 點,柵極波形處于最大值:MOSFET 早已導通?,F(xiàn)在電機兩端的電池電壓已滿,電機電流將從現(xiàn)在開始增加,直到驅動 MOSFET 關閉。當驅動 MOSFET 關閉時,電機的電感保持電流循環(huán),電機電流略有衰減。如果電機的電感太小,則循環(huán)中的電流“紋波”會變得很大,從而降低電機效率,而這決定了最低工作頻率。大多數商業(yè)控制器選擇 20kHz 左右——對于任何傳統(tǒng)電機來說都足夠高,但有趣的是,它接近對 Lynch 電機合理的最低值。
在 F 點,柵極電壓關閉?,F(xiàn)在,如果您查看 2QD 電路,可用于關閉的驅動器基極電流是 LM339 可以吸收的總電流(通常為 16mA)乘以 PNP 驅動器的增益。柵極電壓被快速移除,可能為 400nS,是的,有一個可能為 100nS 的“后平臺”。
驅動 MOSFET 的關斷與其導通相反。這需要時間,一旦它不再傳導全電機電流,源飛輪就會升至全電源電壓以通過續(xù)流二極管/MOSFET 釋放電機電流的平衡,因此還有另一對高耗散時間,最初,MOSFET 兩端的電壓上升,以允許飛輪開始導通,然后隨著驅動 MOSFET 中的電流衰減和頂部 MOSFET 以二極管模式導通, R ds進一步降低。
只有在頂部 MOSFET 導通(作為二極管)整個電機電流后,它們才能安全地變成電阻器而不是二極管。
當然,頂部 MOSFET 柵極驅動必須在底部 MOSFET 開始傳導電流之前移除 - 或者在最壞的情況下(實際上提供最佳效率),柵極驅動可以在電流下降到頂部 MOSFET 時移除零。
接收到的噪音
可以殺死 MOSFET 的因素之一是高能噪聲尖峰,它在錯誤的時間到達。電機有電刷和換向器。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。電機和控制器之間是電線。電線充當傳輸線。產生正確形狀的噪聲波形并沿著由電機引出的傳輸線傳播并以足夠的能量準確地在錯誤的時間到達控制器的機會有限。如果發(fā)生這種情況 - 好吧,據說 MOSFET 中的 FET 代表“Fire Emitting Transistor”。
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