MOSFET High Side проводит, когда Low Side переключается в мостовой схеме H

Я разработал схему H-моста, используя Mosfets IR4110.
Q1 и Q4 выключены, Q2 и Q3 проводят. Ворота Q1 остаются плавающими. Q2 является верхней стороной, его затвор подключен к Vcc + 12V. Затвор Q3 подключен к ШИМ-сигналу (прямоугольная волна 12 В, 15 кГц, рабочий цикл 70%) для управления скоростью двигателя через резистор 10 Ом. Затвор Q4 заземлен через резистор 10 Ом. Все полевые МОП-транзисторы имеют резистор 10 кОм между затвором и истоком, хотя на схеме он не показан.

Теперь, когда затвор Q3 высокий, он проводит, но в то же время Q1 также на короткое время проводит, вызывая прострел и нагревая Q1. Когда я подключил вывод затвора и вывод истока Q1 к DSO, было замечено, что В г с Q1 на короткое время превышает пороговое значение, включая его, что нежелательно. Точная причина неясна.

Этого никогда не происходит с МОП-транзисторами IR4115, которые я сейчас использую без каких-либо проблем. Может быть, это потому, что В г с порог 4115 выше, чем у 4110.

Любые объяснения или предложения по модификации дизайна будут высоко оценены.

введите описание изображения здесь

Попробуйте разблокировать гейт или добавить мертвое время для сигналов ШИМ, если это возможно. Вы не используете микросхему драйвера FET для генерации сигналов, верно?
Я не использую микросхему драйвера FET, как мне разблокировать ворота? Подключив его к земле? Это превысит рейтинг -Vgs MOSFET.

Ответы (3)

Я предполагаю, что все, что управляет затвором Q1, имеет некоторую емкость, которая предотвращает внезапное изменение напряжения. Таким образом, когда Q3 включен, исток замыкается на землю, в то время как затвор все еще находится в режиме ожидания при напряжении 12 В. Ворота опускаются вниз, но только после того, как вы наблюдаете некоторый проскок, и, поскольку это происходит при каждом цикле ШИМ, он немного нагревается.

Я бы сказал, возьмите эти 10 кОм от базы Q1 к земле, а не к эмиттеру, но я не мог легко найти спецификацию, чтобы определить, будет ли это принимать -12 В Vgs. Если нет, то моим вторым предпочтением будет небольшой конденсатор между затвором и истоком.

Это должно быть оно. Явление самовключения из-за паразитной емкости.
Если я подключу резистор 10 кОм от базы (затвора) Q1 к земле вместо его эмиттера (истока), это решит проблему прострела, но тогда Q1 может не получить отрицательное напряжение Vcc. Для Vcc=12v это может не быть проблемой, но для более высокого Vcc оно превышает отрицательный предел Vgs MOSFET. Я попробую уменьшить сопротивление затвора к истоку до 1 кОм или заменить его конденсатором.
Не знаю применимо ли здесь явление самовключения, но попробую проанализировать, спасибо
Явление такое же, как и в примечании к приложению, на которое ссылается Jeroen3, с той лишь разницей, что вы переключаете питание на полевой транзистор с низкой стороны, а не с высокой. Если вы не управляете затвором с двухтактного выхода, я бы предложил использовать колпачок параллельно с резистором, а не вместо него, чтобы у вас все еще был путь постоянного тока, чтобы держать Q1 неактивным.
@Winner Как ты это починил в конце концов?
@ Unknown123, в настоящее время я использую полевые МОП-транзисторы IR4115, которые не страдают этой проблемой, H-мост, использующий IR4110, еще предстоит протестировать.

Лучшее изменение конструкции, которое вы можете сделать, это никогда не оставлять затвор MOSFET плавающим. Если вы хотите, чтобы он был выключен и оставался выключенным, то либо установите его на низкий уровень с помощью чего-то, способного непрерывно отводить ток от затвора, либо уменьшите фиксированное сопротивление до значения, близкого к 1 кОм между затвором и истоком. Вы также можете добавить еще немного емкости пути затвора рядом с клеммой затвора, чтобы сделать устройство «тяжелее» для включения (т.е. увеличить количество заряда, необходимого для повышения напряжения до порогового напряжения). Что-то около 10 нФ — это место для начала, но обратите внимание, что чем больше вы добавляете, тем больше устройство будет переключаться немного медленнее, и поэтому ваши потери при переключении также будут увеличиваться.

Что касается объяснения, мое первоначальное предположение будет состоять в том, что ток вводится в затвор через емкость затвор-исток, и из-за того, что затвор остается плавающим, не потребуется большого количества импульсов, чтобы поднять напряжение на затворе до точки где МОП-транзистор начнет проводить. Когда двигатель выключается, напряжение на Vs возрастает, для этого вам необходимо зарядить выходную емкость как Q1, так и Q2. Зарядка Cds Q1 также подвергает Cgs несколько неизвестному переходному процессу напряжения, поскольку одна сторона плавает, и в зависимости от dv / dt переходного процесса вы получите больший или меньший ток, вводимый в затвор. У IRF4110 намного больше Ciss (Ciss = Cgs + Cgd), поэтому один или оба из них больше и требуют более низкого dv/dt для подачи тока через них.

Думайте о переходном процессе напряжения как о коротком всплеске частотного спектра напряжения выше основной частоты, необходимой для его представления. Чем ниже dv/dt, тем ниже по частотному спектру будет частотное содержание, необходимое для его представления. Большая емкость (от большего Ciss) будет иметь меньшее реактивное сопротивление на более низких частотах и, следовательно, будет вести себя больше как резистор на более низких частотах и ​​​​пропускать больше энергии в них для зарядки затвора устройства.

Это мое лучшее предположение без того, чтобы вытянуть все текущие петли и правильно визуализировать формы волны, но короткая версия состоит в том, чтобы перевести ваши гейты в низкий уровень, когда вы хотите их отключить, уменьшить ваши фиксированные Rgs или добавить некоторые дополнительные Cgs. Все это должно решить вашу проблему.

Итак, я уменьшу Rgs, и если по-прежнему будут простреливаться, добавлю дополнительные Cgs... надеюсь, это решит проблему для IR4110.
Это должно решить проблему, но я настоятельно рекомендую использовать драйвер затвора, который может удерживать затвор на низком уровне с низким импедансом пути к истоку потенциала силового устройства.

Я заменил резисторы 10k между затвором и истоком всех МОП-транзисторов на резисторы 1k. Я также добавил конденсатор 0,01 мкФ параллельно со всеми этими резисторами 1k, и проблема, кажется, решена .... больше не стрелять. Vgs Q1 всегда остается ниже своего минимального порога ... Явление самопроизвольного включения MOSFET, как упоминалось в ответах. Это был мой первый пост на форуме электроники, так что спасибо всем за помощь... :)