MOSFET 半桥开关电路

接线图 2024年01月28日 08:54 287 admin

MOSFET 如何在半桥 PWM 控制器中切换。本文以此为基础，提供了更多细节并讨论了一些更细微的要点。

MOSFET 半桥开关电路第1张

第一张图来自第一篇文章。第二个显示栅极驱动波形（在驱动 MOSFET 上）和漏极上产生的 pwm 波形。当然，它们在某种程度上被理想化了。

MOSFET 半桥开关电路第2张

    旋糖苷    在 A 点，没有低侧 MOSFET 栅极电压 - MOSFET 关闭，因此其漏极电压很高。任何电机电流现在都通过 hiside MOSFET 重新循环。
    在 A 点附近的某个栅极电压下，losside MOSFET 开始导通。可能有许多并联的 MOSFET，它们可能不完全平衡，因此一些可能会先于其他 MOSFET 开始导通。这就是硅的正温度系数有用的地方：任何较早开启的 MOSFET 都会变得更热，因此其 R ds(on)增加，这往往会减慢其开启速度，从而平衡 MOSFET 之间的电流。
    参考2QD 电路，MOSFET 栅极电压上升的速率将（主要）由 1K 上拉至引脚 14 对两个电容器（C10 和 C11）充电的速率控制。
    从 A 到 E 的整个导通周期约为 1?S。“慢慢地”（大约 200nS，从 B 到 C 的时间）MOSFET 中的电流逐渐增加，直到 MOSFET 传导全部电机电流。一直以来，这些低侧 MOSFET 的导通电流都小于电机的全电流，其余的电机电流肯定仍流向某个地方——它仍在顶部 MOSFET 中循环。要流入顶部 MOSFET，这仍然必须是正向偏置的。
    因此，在此电流建立阶段 (BC) 期间，驱动 MOSFET 具有全电池电压。因此，这是 MOSFET 中大量耗散的时期：V cc x I m /2（电源电压乘以平均 MOSFET 电流）。
    当飞轮 MOSFET 停止导通时，漏极电压现在开始自由下降。但现在出现了另一个影响：MOSFET 内部有一个“大”电容器，连接在栅极和漏极 (C gd ) 之间。这必须在 MOSFET 的源极漏极电压下降时放电，并且它只能通过吸收栅极驱动电流来实现。对于 BUZ100S，此 C gs 的引用值通常为 615 pF。要通过 36V 对 615pF 放电，需要很大的电流。此时，在 C 和 D 之间，栅极驱动波形中有一个清晰可见的合成“平台”，大约为 300nS。
    有趣的一点是，如果栅极驱动电流受到限制（这是必须的），平台周期就会延长。梯田周期也是高耗散，底部 MOSFET 承载全电机电流，平均电压为电池的一半。
    从这里可以清楚地看出，MOSFET 开关应该尽可能快地完成，以获得最佳效率。不幸的是，还有其他权衡，例如，如果您快速切换，则可能会产生高水平的辐射射频谐波干扰。
    此外，如果您尝试过快地打开驱动 MOSFET，则您正试图快速从顶部 MOSFET 移除飞轮电流 - 顶部 MOSFET 的栅极驱动已经关闭（希望如此），并且顶部 MOSFET 的体二极管将进行。现在 MOSFET 体二极管并不是最快的二极管：BUZ100S 的规格说明最大关断时间为 160nS。如果接近这个??速率，底部 MOSFET 现在不仅要传导电机电流，还要在漏极电压下降之前传导顶部 MOSFET 的衰减关断电流。
    在 E 点，栅极波形处于最大值：MOSFET 早已导通。现在电机两端的电池电压已满，电机电流将从现在开始增加，直到驱动 MOSFET 关闭。当驱动 MOSFET 关闭时，电机的电感保持电流循环，电机电流略有衰减。如果电机的电感太小，则循环中的电流“纹波”会变得很大，从而降低电机效率，而这决定了最低工作频率。大多数商业控制器选择 20kHz 左右——对于任何传统电机来说都足够高，但有趣的是，它接近对 Lynch 电机合理的最低值。
    在 F 点，栅极电压关闭。现在，如果您查看 2QD 电路，可用于关闭的驱动器基极电流是 LM339 可以吸收的总电流（通常为 16mA）乘以 PNP 驱动器的增益。栅极电压被快速移除，可能为 400nS，是的，有一个可能为 100nS 的“后平台”。
    驱动 MOSFET 的关断与其导通相反。这需要时间，一旦它不再传导全电机电流，源飞轮就会升至全电源电压以通过续流二极管/MOSFET 释放电机电流的平衡，因此还有另一对高耗散时间，最初，MOSFET 两端的电压上升，以允许飞轮开始导通，然后随着驱动 MOSFET 中的电流衰减和顶部 MOSFET 以二极管模式导通， R ds进一步降低。
    只有在顶部 MOSFET 导通（作为二极管）整个电机电流后，它们才能安全地变成电阻器而不是二极管。
    当然，顶部 MOSFET 栅极驱动必须在底部 MOSFET 开始传导电流之前移除 - 或者在最坏的情况下（实际上提供最佳效率），栅极驱动可以在电流下降到顶部 MOSFET 时移除零。
    接收到的噪音
    可以杀死 MOSFET 的因素之一是高能噪声尖峰，它在错误的时间到达。电机有电刷和换向器。换向器和电刷齿轮电弧，尤其是旧的和磨损的电弧是宽带噪声的良好来源。电机和控制器之间是电线。电线充当传输线。产生正确形状的噪声波形并沿着由电机引出的传输线传播并以足够的能量准确地在错误的时间到达控制器的机会有限。如果发生这种情况 - 好吧，据说 MOSFET 中的 FET 代表“Fire Emitting Transistor”。