Это хороший дизайн для MOSFET H-Bridge?

Я не уверен, почему вы думаете, что биполярные транзисторы значительно медленнее мощных полевых МОП-транзисторов; это, конечно, не врожденная характеристика. Но нет ничего плохого в использовании полевых транзисторов, если это то, что вы предпочитаете.

И затворы MOSFET действительно нуждаются в значительном токе, особенно если вы хотите быстро их переключать, заряжать и разряжать емкость затвора — иногда до нескольких ампер! Ваши резисторы затвора 10K значительно замедлят ваши переходы. Обычно вы используете резисторы всего 100 Ом или около того последовательно с затворами для стабильности.

Если вам действительно нужно быстрое переключение, вам следует использовать микросхемы драйвера затвора специального назначения между ШИМ-выходом микроконтроллера и силовыми МОП-транзисторами. Например, компания International Rectifier предлагает широкий спектр микросхем драйверов, а также версии, которые обрабатывают для вас детали драйвера верхнего плеча для P-канальных полевых транзисторов.

Дополнительный:

Как быстро вы хотите, чтобы полевые транзисторы переключались? Каждый раз, когда он включается или выключается, он будет рассеивать импульс энергии во время перехода, и чем короче вы сможете сделать это, тем лучше. Этот импульс, умноженный на частоту цикла ШИМ, является одним из компонентов средней мощности, которую должен рассеять полевой транзистор, — часто доминирующим компонентом. Другие компоненты включают мощность во включенном состоянии ( ID ² × R _{DS (ON)} , умноженную на рабочий цикл ШИМ) и любую энергию, сбрасываемую на корпусной диод в выключенном состоянии.

Одним из простых способов моделирования коммутационных потерь является предположение, что мгновенная мощность представляет собой примерно треугольную форму волны, пик которой равен (V _CC /2) × ( _ID /2), а основание равно времени перехода T _RISE или T _FALL. . Площадь этих двух треугольников представляет собой общую энергию переключения, рассеиваемую в течение каждого полного цикла ШИМ: (T _RISE + T _FALL ) × V _CC × I _D / 8. Умножьте это на частоту цикла PWM, чтобы получить среднюю мощность потерь переключения.

Главное, что влияет на время нарастания и спада, — это то, как быстро вы можете перемещать заряд затвора на затвор MOSFET и обратно. Типичный МОП-транзистор среднего размера может иметь общий заряд затвора порядка 50–100 нКл. Если вы хотите переместить этот заряд, скажем, за 1 мкс, вам нужен драйвер затвора, рассчитанный как минимум на 50-100 мА. Если вы хотите, чтобы он переключался в два раза быстрее, вам нужен вдвое больший ток.

Если мы подставим все числа для вашего проекта, мы получим: 12 В × 3 А × 2 мкс / 8 × 32 кГц = 0,288 Вт (на полевой МОП-транзистор). Если принять R _DS(ON) равным 20 мОм и рабочим циклом 50 %, то потери I ² R составят 3A ² × 0,02 Ом × 0,5 = 90 мВт (опять же, на каждый МОП-транзистор). Вместе два активных полевых транзистора в любой момент будут рассеивать около 2/3 Вт мощности из-за переключения.

В конечном счете, это компромисс между тем, насколько эффективной должна быть схема, и тем, сколько усилий вы хотите приложить для ее оптимизации.

Крайне плохая практика связывать затворы MOSFET вместе без какого-либо сопротивления или импеданса между ними. Q5 и Q3 связаны вместе без какого-либо разделения, так же как Q2 и Q6.

Если вы в конечном итоге сильно нагрузите эти полевые транзисторы (что, я подозреваю, вы в конечном итоге сделаете), затворы могут в конечном итоге звенеть друг с другом, вызывая неприятные высокочастотные (МГц) ложные переходы включения и выключения. Лучше всего разделить необходимое сопротивление затвора поровну и поставить по одному резистору последовательно с каждым затвором. Достаточно даже нескольких Ом. Или вы можете поместить ферритовую бусину на один из двух ворот.

Подтягивающие резисторы для затвора P-канальных полевых транзисторов на порядок больше, чем на два значения. Я взорвал низкочастотный (< 1 кГц) H-мост, подобный этому, работающий с подтяжкой 220 Ом; У меня сейчас 100 Ом и все работает. Проблема в том, что это вызывает значительный паразитный ток через подтяжку при включении P-канала, что приводит к потере полного ватта! Кроме того, подтягивающий резистор должен быть мощным — я запараллелил около 1/4 Вт и установил ШИМ на довольно низкой частоте, например, 300 Гц.

Причина, по которой это важно, заключается в том, что вам нужно подать большой ток на затвор на очень короткое время, чтобы полностью включить / выключить MOSFET. Если вы оставите его в промежуточном состоянии, сопротивление будет достаточно высоким, чтобы нагреть устройство и довольно быстро выпустить волшебный дым.

Кроме того, резистор затвора для ШИМ-управления слишком высок. Он также должен быть порядка 100 Ом или меньше, чтобы управлять им достаточно быстро. Если вы запускаете ШИМ на килогерцах или быстрее, вам нужно еще больше, поэтому в этот момент выберите микросхему драйвера.

Меня беспокоит тот факт, что обе стороны моста подключены к одним и тем же управляющим сигналам. С дополнительной задержкой, вызванной вашим буфером / инверторами N-FET, вы можете иметь одновременно верхние и нижние полевые транзисторы на одной стороне H-моста в течение коротких периодов времени. Это может привести к протеканию значительного тока через плечо полумоста и, возможно, даже к повреждению ваших мощных полевых транзисторов.

Я бы предоставил отдельные соединения от вашего MCU для всех четырех сигналов возбуждения FET. Таким образом, вы можете спроектировать мертвое время между выключением полевого транзистора и включением другого полевого транзистора на той же стороне моста.

R1 и R3 должны быть 80 или 100 Ом.. и вам нужно добавить сопротивление 1 кОм сразу после R1 и R3, чтобы подтянуть его к 0 всякий раз, когда он выключен, чтобы убедиться, что он полностью выключен.. и как вам сказали, если вы используете Драйвер mosfet будет лучше и безопаснее для контроллера ... и остальная часть схемы в порядке ... другое дело - проверить техническое описание mosfet, чтобы убедиться, что задержка mosfet включается и выключается (в наносекундах), чтобы проверить, будет ли это работайте с желаемой частотой ШИМ..

Для простоты я использую драйвер с 4 переключателями MosFet. См. технические характеристики, например, IR2113. Совместим с 3,3 В.