Привод двигателя постоянного тока с помощью H-моста (H-мост отключается слишком медленно и проблема с текущим монитором)

Чтобы переключить силовой МОП-транзистор, вы должны пропустить значительный заряд через затвор и исток. В таблице данных будет указано что-то вроде «общий заряд ворот». Чтобы переместить весь этот заряд за короткое время, вам нужен большой ток. А в вашей схеме большой ток быть не может, так как ток через затвор в конечном счете ограничивается резисторами R1 и R3.

Другими словами, проблема в том, что в вашей конструкции U1B не отключается полностью до тех пор, пока не пройдет некоторое время после того, как S1 станет низким. И когда он выключается, это происходит медленно, поэтому вы видите, что напряжение на T1 медленно снижается. См . Что такое возможности управления затвором MOSFET и почему меня это волнует?

Чтобы уменьшить эту проблему, вам необходимо увеличить ток, который ваш драйвер затвора может получать и потреблять. Упрощенное решение — добавить пару эмиттерных повторителей , например:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вы можете стать более изобретательным с дискретным подходом, подобным следующему. В дополнение к эмиттерным повторителям для увеличения тока, он использует ограничитель (D13, D23) для уменьшения задержки хранения биполярных транзисторов Q11 и Q21. Вы можете прочитать больше об этом в другом ответе .

Или вы можете просто купить встроенный драйвер затвора MOSFET и на этом закончить.

Если вы хотите, чтобы полевые транзисторы с высокой стороны отключались быстрее, используйте в качестве подтягивающего резистора что-то лучше, чем резистор 2K. Используйте даже 200 Ом. Емкость затвора, умноженная на ваш подтягивающий резистор, дает вам постоянную времени, при которой затвор заряжается или разряжается. Умножьте это на 3, чтобы получить приблизительное время полной зарядки конденсатора, выхода из состояния «ВКЛ» и выключения полевого транзистора.

Я просмотрел техническое описание FDS8958 (которое было трудно прочитать по номерам деталей, которые вы использовали на крошечном схематическом изображении ...), и типичная емкость затвора находится в диапазоне от 300 до 700 пФ для N- или P-затворов. Возьмем наихудший случай 700 пФ, постоянная времени:

700 пФ * 2 кОм = 1,4 микросекунды.

Время полного разряда/заряда примерно в 3 раза больше, что делает продолжительность выключения около 4,2 мкс. В техническом описании утверждается, что они могут отключаться за десятки наносекунд при следующих условиях для PFET Q2:

VDD = -10 В, ID = -1 А, VGS = -10 В, RGEN = 6 Ом

Итак, дело в том, что вы заставляете свой полевой транзистор высокой стороны выключаться примерно в 200 раз медленнее, чем его наилучшая производительность. Это быстродействующий полевой транзистор, но с недостаточным сопротивлением.

Если вы переключите это на 100 кГц (не уверен, почему вы это сделаете, переключение мощности должно быть чуть выше диапазона человеческого слуха, максимум 22 + кГц, и ниже, если вы можете уменьшить потери при переключении), то при рабочем цикле 50% каждый высокий и низкий уровень длится всего 5 микросекунд. Цикл выключения 4,2 микросекунды означает, что ваш наклон выключения потребляет 85% цикла выключения, что ужасно - ваш полевой транзистор почти никогда не выключится должным образом. Это может вызвать перекрестную проводимость и разрушить ваш Н-мост.

Таким образом, ваш highside FET совсем не выключается очень быстро. У вас отличная сила заземления, поэтому он включается красиво и быстро, но подтягивание резистора 2K снижает его производительность и вызывает аномалии, которые вы видите. Исправление заключается либо в том, чтобы установить гораздо меньший (200 Ом было бы неплохо) подтягивающий резистор, либо даже использовать активные схемы привода, подобные тем, которые используются во встроенных ИС драйверов затвора FET. Это могут быть просто схемы двухтактного драйвера с тотемным полюсом, половина которых у вас уже настроена для заземления затвора PFET, поэтому просто добавьте BJT для привода затвора верхней стороны. Однако самым простым решением является подтягивающий резистор затвора. Удачи!

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Что касается текущего монитора для сигнала в узле T2, есть ли у вас здесь двунаправленный ток? Помните, что поскольку ток течет в противоположном направлении при изменении полярности двигателя, стандартный несимметричный АЦП/монитор токового шунта может не справиться с этим должным образом. Вы можете попробовать операционный усилитель с полным входом/выходом с двойным питанием и с выходом, дающим смещение постоянного тока VCC/2, чтобы дать вам двунаправленное измерение тока.