Почему этот H-мост только с N-канальными полевыми транзисторами не работал?

На основе этого ответа здесь, в StackExchange , и статьи Motorola, которую он цитирует, я разработал драйвер двигателя с двойным h-мостом с двухтактными транзисторами для более быстрого переключения полевых транзисторов, разложил печатную плату в KiCad и построил ее.

Ограничения заключались в том, чтобы использовать только N-канальные полевые транзисторы, найденные на старой материнской плате компьютера, и у меня не было драйверов затворов (на самом деле я купил пару IR2110, но они прибудут долго).H Мост с двухтактным

Когда я тестировал эту первую версию с двигателем игрушечного радиоуправляемого вертолета, он запускался пару раз, но в конце концов половина каждого h-моста (их было 2) закоротило (много дыма и все такое). Все работало на 2 литий-ионных элементах (7,4 В) для VCC и третьем небольшом телефонном элементе (3,7 В) последовательно для общего напряжения 11,1 В в Vdrive.

Я использовал мультиметр, чтобы проверить, и похоже, что IMZ1A не может по какой-то причине отключить полевые транзисторы высокой стороны. Сначала могли, но потом перестали работать. Все 2N7002 были в порядке. Пробовал заменить как закороченные силовые полевые транзисторы, так и IMZ1A на новые, но та же проблема повторилась.

Устав от сжигания материала, но все еще пытаясь доказать, что можно спроектировать простой N-канальный мост, я сделал эту новую схему:Чертовски простой h-мост

Этот действительно работал и работает до сих пор, несмотря на то, что он очень прост. Вопрос: почему первая схема не сработала? Что-то не так с дизайном?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Получены некоторые формы сигналов для последней схемы:
эта без нагрузкиФорма сигнала без нагрузки

И это с мотором. Измеренное сопротивление якоря составило около 2,2 Ом, а индуктивность — около 240 мкГн.Волновой двигатель

@DKNguyen не знал о перестрелках. Я думал, что единственное, что может случиться при совместном использовании входов, — это торможение двигателя при низком уровне сигнала. R4 и R12 взяты из конструкции Motorola, я оставил их, потому что я предположил, что они нужны для снижения напряжения сток-исток в полевом транзисторе при использовании более высокого Vdrive.
Время включения и выключения транзистора редко совпадает друг с другом, и даже если они совпадают, существуют различия между отдельными транзисторами.
Откуда генерируется Vdrive? Где двойник? Я вижу только Н-мост. Ответ DKNguyens ниже должен охватывать это, но чтобы сказать наверняка, нам нужно увидеть осциллограммы привода затвора.
@winny извините, если я неясно выразился, но Vdrive исходит от третьего элемента батареи последовательно с основным источником питания. Другой H-мост точно такой же, поэтому я его не использовал, чтобы не загромождать схему.
На самом деле я не уверен, почему ваша нижняя схема работает. Потому что этого не должно быть из-за проблемы с приводом ворот верхней стороны. Я предполагаю, что он, вероятно, не работает так, как должен. Эти лучшие МОП-транзисторы должны отключаться всякий раз, когда вы пытаетесь их включить.
@DKNguyen, почему они должны выключаться? В худшем случае верхний исток FET находится на уровне VCC, но Vdrive всегда выше, чем VCC+Vth (пороговое напряжение FET).
@Vitorbnc О. Это объяснило бы, почему это работает. Потому что ваш Vdrive выше, чем Vcc. Это очень необычно. Эта разница в 3,7 В, применяемая к Vgs для привода, действительно сокращает ее. С бутстрепным диодом и конденсаторами вы можете использовать напряжение Vdrive, равное требуемому Vgs, не принимая во внимание фактическое значение напряжения Vcc. Кстати, вы хотите применить в несколько раз больше, чем Vth, чтобы фактически включить MOSFET в качестве переключателя. Vth — это как раз та точка, где он едва начинает проводить и больше подходит для аналогового, а не для цифрового использования. Вместо этого используйте напряжения затвора для номинальных кривых RDson.
@DKNguyen, если я буду уверен, что Vdrive всегда выше, чем Vcc + Vth, могу ли я сохранить более простую конструкцию (с 4 отдельными входами) для запуска двигателя с ШИМ до 1 кГц или около того? Я сделал грубую оценку времени переключения с учетом резисторов и емкости затвора и проверил.
@Vitorbnc Вам нужно, чтобы применяемые Vgs были в несколько раз больше, чем Vth. Vth - это место, где MOSFET едва начинает включаться. Он предназначен для аналогового использования, а не для цифрового переключения. Используйте напряжения затвора, указанные рядом с номинальным значением RDson, или посмотрите на кривые I-Vds. Не используйте Vth для переключения. Я думаю, вы всегда можете убедиться, что Vcc+Vgs > Vcc. Проблема в том, что в какой-то момент вы можете превысить максимально допустимое напряжение затвора при выключении, в зависимости от вашей схемы.
Верно. Это не так много Vgs для работы. Вы уверены, что всегда включаете верхний полевой МОП-транзистор?
@winny только что добавил несколько сигналов для второго контура.
Большой! Похоже, он полностью включается, но имейте в виду, что это меньше Vgs, чем большинство осмелилось бы разработать.

Ответы (1)

Обе ваши схемы страдают от проблем со сквозным прострелом. Вот что происходит, когда вы не даете каждому транзистору независимый управляющий сигнал. Проблема может быть хуже в вашей верхней схеме, поскольку драйвер затвора верхней стороны намного эффективнее, чем драйвер затвора нижней стороны.

С другой стороны, я не знаю, для чего предназначены R4 и R12, так как они просто мешают и могут заставлять ваш верхний драйвер затвора работать хуже, чем нижний. Так или иначе, результат тот же: хуже простреливается.

Вы заявили в уже удаленном ответе, что R4/R12 должен ограничивать ток через Q3. На самом деле это не проблема, потому что, когда Q3 включен, ток на входе одной ветви уже ограничен резистором R3. В другой ветви ток, протекающий через базу-эмиттер Q5B (который также протекает через Q3), выбьет и Q5B, и Q3... за исключением того, что это не так, потому что Q5A выключен. Избавься от них.

Наконец, это гораздо более фундаментальная проблема, от которой страдают обе ваши схемы, и может потребоваться перепроектирование, что в любом случае делает все предыдущие пункты спорными: ваш драйвер затвора не управляет затворами MOSFET верхнего плеча с напряжением относительно источника . Он управляет ими напряжением относительно земли, но полевые МОП-транзисторы верхнего плеча не видят землю, и им все равно, что это такое. Все, что их волнует, — это напряжение между клеммами затвор-исток.

Подумайте об этом, предположим, что ваш драйвер затвора включился, и через двигатель протекал ток. Выходной узел полумоста, подключенный к положительному источнику питания, будет повышать напряжение до Vcc. Таким образом, напряжение источника для полевого МОП-транзистора верхнего плеча также возрастет. Если напряжение вашего затвора привязано к земле, то ваши Vgs, подаваемые на полевой МОП-транзистор, быстро уменьшаются, отключая МОП-транзистор (или, что еще хуже, частично). Вот почему вам нужны драйверы с плавающим затвором для полевых МОП-транзисторов верхнего плеча, и именно это принципиально делает все N-канальные Н-мосты (и полумосты) более сложными.

Самый простой подход, вероятно, состоит в том, чтобы добавить бутстрепный диод и конденсатор к вашим диодам верхнего плеча, но это связано с ограничением, заключающимся в невозможности запуска 100% рабочего цикла. Каждый раз, когда включается полевой МОП-транзистор нижнего плеча, бутстрепный конденсатор на этой стороне будет подключен к земле, чтобы он мог заряжаться (обновляться) через диод. Когда MOSFET нижнего плеча открывается, конденсатор поднимается до напряжения источника MOSFET верхнего плеча, а диод предотвращает разряд бутстрапного конденсатора. Таким образом, полевой МОП-транзистор нижнего плеча должен периодически включаться (обычно при нормальной работе) для обновления пускового конденсатора, который действует как плавающий источник питания для затворов МОП-транзистора верхнего плеча.введите описание изображения здесь

Почему этот H-мост только с N-канальными полевыми транзисторами не работал?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 23v