H-Bridge rendszerindítás

A rendszerindítás kulcsfontosságú szempont, amelyet minden H-híd vagy teljes híd hálózatban megtalálhat, N csatornás mosfettel.

Ez egy olyan folyamat, amelyben a magas oldali mosfetek kapu / forrás termináljait legalább 10 V-mal magasabb feszültséggel kapcsolják, mint a lefolyó feszültsége. Ez azt jelenti, hogy ha a lefolyó feszültsége 100 V, akkor a tényleges kapu / forrás feszültségnek 110 V-nak kell lennie annak érdekében, hogy lehetővé tegye a 100 V teljes elvezetését a lefolyóból a magas oldali mosfet forrásába.

Nélkül bootstrapping H-híd topológia azonos mosfetekkel egyszerűen nem fog működni.

Megpróbáljuk lépésről lépésre elmagyarázni a részleteket.

A rendszerindító hálózat csak akkor válik szükségessé, ha a H-híd mind a 4 eszköze megegyezik a polaritásával. Általában n csatornás mosfetekről van szó (nyilvánvaló okokból soha nem használnak 4 p csatornát).

A következő kép egy szabványos n-csatornás H-híd konfigurációt mutat

Ennek a mosfet-topológiának a fő feladata, hogy a diagramban lévő „terhelést” vagy a transzformátort flip-flop módon kapcsolja. Jelentése: váltakozó push-pull áram létrehozása a csatlakoztatott transzformátor tekercsén.

Ennek megvalósításához az átlósan elrendezett mosfeteket egyszerre BE / KI kapcsolják. És ezt váltakozva folytatják az átlós párok. Például a Q1 / Q4 és Q2 / Q3 párokat együtt váltogatva kapcsolják be / ki. Ha a Q1 / Q4 BE van kapcsolva, a Q2 / Q3 KI van kapcsolva, és fordítva.

A fenti művelet arra kényszeríti az áramot, hogy váltakozva megváltoztassa polaritását a csatlakoztatott transzformátor tekercsén. Ez pedig azt eredményezi, hogy a transzformátor szekunder oldalán az indukált nagyfeszültség megváltoztatja polaritását, így a transzformátor szekunder oldalán a kívánt váltakozó vagy váltakozó kimenetet hozza létre.

Mik azok a magas oldali alacsony oldali mosfetek

A felső Q1 / Q2-t magas oldali mosfets-nek, az alsó Q3 / Q4-et alacsony oldali mosfets-nek nevezzük.

Az alsó oldali mosfet referenciavezetékei (forráskivezetései) megfelelően csatlakoznak a földvezetékhez. A magas oldali mosfetnek azonban nincs közvetlen hozzáférése a referencia földvezetékhez, ehelyett a transzformátor primerjéhez vannak csatlakoztatva.

Tudjuk, hogy a mosfet 'forrás' terminálját, vagy a BJT emitterét csatlakoztatni kell a közös földvezetékhez (vagy a közös referenciavonalhoz) annak érdekében, hogy lehetővé tegye a terhelés normális vezetését és kapcsolását.

H-hídban, mivel a magas oldali mosfetek nem tudnak közvetlenül hozzáférni a közös földhöz, lehetetlen lesz bekapcsolni őket normál kapu DC-vel (Vgs).

Itt merül fel a probléma, és a rendszerindító hálózat kulcsfontosságúvá válik.

Miért ez a probléma?

Mindannyian tudjuk, hogy egy BJT-nek legalább 0,6 V feszültségre van szüksége az alapja / sugárzója között a teljes működéshez. Hasonlóképpen, a mosfet teljes körű vezetéséhez kb. 6–9 V szükséges a kapun / forráson át.

Itt a „teljes” azt jelenti, hogy a mosfet lefolyó feszültsége vagy a BJT kollektor feszültsége optimálisan átkerül a megfelelő forrás / emitter termináljaira, válaszul a kapu / alap feszültség bemenetére.

Egy H-hídban az alacsony oldali mosfeteknek nincs problémája a kapcsolási paraméterekkel, és ezeket normál módon és optimálisan lehet kapcsolni különösebb áramkörök nélkül.

Ennek oka, hogy a forráscsap mindig nulla vagy földpotenciálon van, ami lehetővé teszi a kapu emelését a megadott 12V vagy 10V fölött a forrás felett. Ez megfelel a mosfet előírt kapcsolási feltételeinek, és lehetővé teszi, hogy a lefolyó terhelést teljesen a talajszintre húzza.

Most figyelje meg a magas oldali mosfeteket. Ha 12 V-ot alkalmazunk a kapun / forráson, akkor a mosfetek kezdetben jól reagálnak, és elkezdik vezetni a lefolyó feszültségét a forrás kivezetései felé. Bár ez megtörténik, a terhelés (transzformátor primer tekercselés) jelenléte miatt a forráscsap növekvő potenciált kezd tapasztalni.

Amikor ez a potenciál 6V fölé emelkedik, a mosfet elakad, mert nincs több „helye” a vezetésre, és mire a forráspotenciál eléri a 8V vagy 10V feszültséget, a mosfet csak leállítja a vezetését.

Értsük meg ezt a következő egyszerű példa segítségével.

Itt a terhelés látható a mosfet forrásánál összekötve, egy H-híd Hi-side mosfet állapotát utánozva.

Ebben a példában, ha megméri a motor feszültségét, akkor azt csak 7 V-nak találja, bár a leeresztő oldalon 12 V-ot alkalmaznak.

Ez azért van, mert a 12 - 7 = 5V a minimális kapu / forrás vagy V_gsezt a mosfet használja a vezetés BE állapotban tartására. Mivel a motor itt 12 V-os motor, akkor is a 7 V-os tápfeszültség mellett forog.

Ha feltételezzük, hogy egy 50 V-os motort használtunk, amelynek 50 V-os tápfeszültsége volt a lefolyón és 12 V-os volt a kapun / forráson, akkor csak 7 V-ot láthatunk a forráson, ami semmilyen mozgást nem eredményez az 50 V-os motoron.

Ha azonban a mosfet kapuján / forrásán 62 V körüli feszültséget alkalmazunk. Ez azonnal bekapcsolja a mosfet-et, és a forrásfeszültsége gyorsan növekedni kezd, amíg el nem éri a maximális 50V-os lefolyási szintet. De még 50 V-os forrásfeszültség mellett is a 62 V-os kapu továbbra is 62 - 50 = 12 V-mal magasabb, mint a forrás, lehetővé téve a mosfet és a motor teljes vezetését.

Ez azt jelenti, hogy a fenti példában szereplő kapuforrás-termináloknak 50 + 12 = 62 V körüli értékre van szükségük ahhoz, hogy lehetővé tegyék az 50 V-os motor teljes fordulatszámú kapcsolását. Mivel ez lehetővé teszi a mosfet kapu feszültségszintjének megfelelő emelését a megadott 12 V-os szinten a forrás felett .

Miért nem ég a Mosfet ilyen magas Vgs-szel

Ez azért van, mert amint a kapu feszültsége (V_gs), a lefolyóoldali nagyfeszültség azonnal bekapcsol, és a forrás kapcsán rohan, megszüntetve a túlzott kaput / forrás feszültséget. Végül csak az effektív 12V vagy 10V renderelhető a kapun / forrásnál.

Ez azt jelenti, hogy ha 100 V a lefolyó feszültség, és 110 V feszültség van a kapun / forráson, akkor a lefolyó 100 V a forrásnál rohan, érvénytelenítve az alkalmazott kapu / forrás 100 V potenciált, csak a plusz 10 V engedélyezve az eljárások működtetését. Ezért a mosfet képes biztonságosan működni égés nélkül.

Mi a Bootstrapping

A fenti bekezdésekből megértettük, hogy pontosan miért van szükségünk 10 V körüli nagyobbra, mint a lefolyó feszültség, mint a H-híd magas oldali mosfeteinek Vgs-ja.

A fenti eljárást végrehajtó áramkörhálózatot bootstrapping hálózatnak nevezzük egy H-híd áramkörben.

A szokásos H-híd meghajtó IC-ben a rendszerindítást úgy érjük el, hogy diódát és nagyfeszültségű kondenzátort adunk a magas oldali mosfetek kapujához / forrásához.

Amikor az alacsony oldali mosfet be van kapcsolva (a high-side FET ki van kapcsolva), a HS tű és a kapcsoló csomópont földelve van. A v_dda bypass kondenzátoron keresztüli tápellátás a bootstrap kondenzátort a bootstrap diódán és az ellenálláson keresztül tölti.

Amikor az alacsony oldali FET ki van kapcsolva és a magas oldal be van kapcsolva, a kapu meghajtó HS-csapja és a kapcsolócsomópont a nagyfeszültségű buszhoz csatlakozik, a bootstrap-kondenzátor lemeríti a tárolt feszültség egy részét (a töltés során összegyűlt). ábrán látható módon a kapu meghajtó HO és HS csapain keresztül a magas oldali FET-be.

Erről további információk találhatók erre a cikkre

Gyakorlati áramkör megvalósítása

Miután alaposan elsajátította a fenti fogalmat, továbbra is zavart lehet a H-Bridge áramkör megvalósításának helyes módját illetően? Tehát itt van egy alkalmazási áramkör mindannyiuk számára, részletes leírással.

A fenti H-híd alkalmazás tervezésének működése a következő pontokkal érthető:

A döntő szempont itt az, hogy olyan feszültséget alakítsunk ki a 10uF-en, amely egyenlővé válik a „kívánt terhelési feszültséggel” plusz a 12 V-os tápfeszültséggel a magas oldalsó MOSFET kapujánál, ON-periódusuk alatt.

A bemutatott konfiguráció ezt nagyon hatékonyan hajtja végre.

Képzelje el, hogy az 1. óra magas, és a 2. óra alacsony (mivel állítólag felváltva órajeleznek).

Ebben a helyzetben a jobb felső mosfet kikapcsol, míg a bal alsó mosfet be van kapcsolva.

A 10uF kondenzátor gyorsan + 12 V feszültséget tölt fel az 1N4148 diódán és az alsó mosfet lefolyón / forráson keresztül.

A következő pillanatban, amint az 1. óra alacsony lesz és a 2. óra magas lesz, a bal 10uF-os töltés bekapcsolja a bal felső MOSFET-et, amely azonnal megkezdi a vezetést.

Ebben a helyzetben a lefolyó feszültsége a forrása felé kezd rohanni, és ezzel egyidejűleg a feszültségek elkezdnek a 10uF kondenzátorba tolódni oly módon, hogy a meglévő + 12 V töltés 'leül' erre a pillanatnyi feszültségre a MOSFET terminálról.

A 10uF-es kondenzátorba történő elvezetési potenciálnak ez a forrás-terminálon keresztül történő hozzáadása biztosítja, hogy a két potenciál összeadódjon, és lehetővé tegye a MOSFET kapun / forráson átmenő pillanatnyi potenciál körülbelül + 12 V körüli értékét a lefolyási potenciál felett.

Például, ha a lefolyó feszültségét 100 V-ra választják, akkor ez a 100 V a 10uF-be tolódik, ami folyamatosan kompenzáló potenciálkapu feszültséget eredményez, amely +12-nél tart, éppen a 100 V felett.

Remélem, hogy ez segített megérteni a a magas oldalsó csomagtartó pántok alapvető működése diszkrét kondenzátor diódahálózatot használva.

Következtetés

A fenti megbeszélés alapján megértjük, hogy a bootstrapping minden H-híd topológia szempontjából létfontosságú a magas oldali mosfetek hatékony bekapcsolásának lehetővé tétele érdekében.

Ebben a folyamatban egy megfelelően kiválasztott kondenzátort a Magas oldali mosfet kapuján / emitterén keresztül 12 V-ra töltjük fel, mint az alkalmazott lefolyási feszültségszint. Csak akkor fordulhat elő, ha a magas oldali mosfetek bekapcsolják és befejezik a csatlakoztatott teher tervezett nyomógombos kapcsolását.