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「電路分析」PWM速度控制6:MOSFET半橋開關

發布人:電子資料庫 時間:2023-03-08 來源:工程師 發布文章
介紹

這篇文章被寫為關于pwm電機控制的第6節。然而,即使您不遵循其余的文章,它還是非常相關的。

之前有一篇文章,簡要說明如何在半橋PWM控制器中開關MOSFET。本文從這一點出發,給出了更多的細節,并討論了一些更好的點。


第一張圖是第一篇文章中的圖。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,他們有些理想化了。


操作

在A點,沒有低邊MOSFET柵極電壓-MOSFET關閉,所以它的漏極電壓很高。任何電機電流現在都在hiside MOSFET中循環。

在A點附近的某個柵極電壓下,損耗mosfet開始導通。可能有許多MOSFET并聯,它們可能并不完全平衡,因此有些可能會先于其他MOSFET啟動。這就是硅的正溫度系數有用的地方:任何提前開啟的MOSFET都會變得更熱,所以它的R打開(ds)增加,這往往會減慢它的啟動,平衡MOSFET之間的電流。

指2QD電路,MOSFET柵極電壓上升的速率(主要)由1K拉起到引腳14對兩個電容器(C10和C11)充電的速率控制。

從A到E的整個通電周期約為1μS。“緩慢”(在200nS內,從B到C的時間)MOSFET中的電流逐漸增大,直到MOSFET傳導整個電機電流。一直以來,這些低側MOSFET的傳導小于整個電機電流,其余的電機電流一定還在某處,它仍然在頂部MOSFET中循環。要想在頂部mosfet中流動,這必須是向前偏移的。

因此,在電流積累階段(B-C),驅動mosfet在它們之間有完整的電池電壓。因此,在MOSFET:V中,這是一個巨大的損耗期復寫的副本x一米/2(電源電壓乘以平均MOSFET電流)。

當飛輪MOSFET停止導電時,漏極電壓現在開始自由下降。但是現在另一個效應發生了:在MOSFET內部有一個“巨大”的電容,連接在柵極和漏極之間(Cgd公司). 當MOSFETs源極漏極電壓下降時,它必須放電,而且它只能通過吸收柵極驅動電流來實現。對于BUZ100S,這個Cgs公司通常引用為615 pF。以36V的電壓放電615pF,需要很大的電流。在這一點上,在C和D之間的柵極驅動波形中有一個明顯可見的“平臺”,大約為300nS。

有趣的是,如果柵極驅動電流是有限的(正如它必須的那樣),階地周期會延長。階躍期也是高損耗的,底部MOSFET承載著全電機電流,平均電壓為電池的一半。

由此看來,MOSFET開關應盡可能快地進行,以獲得最佳效率。不幸的是,還有其他的折衷,例如,如果你快速切換,你可能會期望一個高水平的輻射r.f.諧波干擾。

另外,如果你試圖把驅動MOSFET開得太快,你正試圖從頂部MOSFET快速移除飛輪電流-頂部MOSFET的柵極驅動已經關閉(希望如此),頂部MOSFET的體二極管將導通。現在MOSFET體二極管并不是二極管中最快的:BUZ100S的規格規定了最大160nS的關斷時間。如果你接近這個速率,底部的MOSFET現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,柵極波形達到最大值:MOSFET早已開啟。現在電機上的電池電壓已滿,電機電流將從現在開始增加,直到驅動mosfet關閉。當驅動mosfet關閉時,電機的電感使電流保持循環,電機電流略有衰減。如果電機的電感太小,那么在循環過程中,電流的“紋波”變得顯著,降低了電機的效率,正是這一點決定了最小工作頻率。有趣的是,對于任何一個商用電機來說,選擇20kHz左右的最小值就足夠了。

在F點,柵極電壓關閉。現在,如果你看2QD電路,可用于關閉的驅動器基極電流是LM339可以吸收的全部電流(通常為16mA)乘以PNP驅動器的增益。柵極電壓很快被移除,可能是400nS,是的,有一個可能是100nS的“后平臺”。

驅動MOSFET的關閉與它的開啟方式正好相反。這需要時間,而且,一旦它不再傳導全部電機電流,源飛輪達到全電源電壓,通過飛輪二極管/MOSFET將電機電流的平衡轉儲,因此還有另一對高損耗時間,最初MOSFET上的電壓升高,允許飛輪開始導通,然后Rds公司隨著驅動MOSFET中電流的衰減和頂部MOSFET以二極管模式導通而進一步降低。

只有當頂部的mosfet以二極管的形式傳導整個電機電流后,它們才能安全地變成電阻而不是二極管。

當然,在底部MOSFET開始傳導電流之前,必須移除頂部MOSFET柵極驅動器,或者在最壞的情況下(這實際上提供了最佳效率),可以在電流降到零時從頂部MOSFET移除柵極驅動器。

接收到的噪聲

一個可以殺死MOSFET的東西是一個高能噪聲尖峰,到達錯誤的時間。電動機有電刷和換向器。換向器和碳刷裝置產生電弧,特別是在舊的和磨損的情況下,電弧是寬帶噪聲的良好來源。電機和控制器之間有電線。電線充當傳輸線。準確地說,在有限的時間內,電機產生的波形是正確的。如果真是這樣的話,據說MOSFET中的FET代表“火****晶體管”。

后記

在MOSFET開關等方面可能會有更多的東西需要添加,但是前面的內容應該給讀者一個很好的理解。


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關鍵詞: 電路 控制

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