Bootstrapping ir izšķirošs aspekts, ko atradīsit visos H-bridge vai full bridge tīklos ar N-kanālu mosfetiem.
Tas ir process, kurā augsto sānu mosfetu vārtu / avotu spailes tiek pārslēgtas ar spriegumu, kas ir vismaz 10 V lielāks par tā iztukšošanas spriegumu. Tas nozīmē, ja drenāžas spriegums ir 100 V, tad faktiskajam vārtu / avota spriegumam jābūt 110 V, lai nodrošinātu pilnīgu 100 V pārsūtīšanu no notekas uz augstā sāna mosfeta avotu.
Bez bootstrapping H-tilta topoloģija ar identiskiem mosfetiem vienkārši nedarbosies.
Mēs mēģināsim saprast detaļas, izmantojot soli pa solim izskaidrojumu.
Sāknēšanas tīkls kļūst nepieciešams tikai tad, kad visas 4 ierīces H tiltā ir identiskas ar to polaritāti. Parasti tie ir n-kanālu mosfeti (4 p-kanāli nekad netiek izmantoti acīmredzamu iemeslu dēļ).
Šajā attēlā parādīta standarta n-kanālu H-tilta konfigurācija
Šīs mosfet topoloģijas galvenā funkcija ir šajā diagrammā pārslēgt “slodzi” vai transformatora primāro, flip-flop veidā. Nozīme, lai izveidotu maiņstrāvas maiņstrāvu visā savienotā transformatora tinumā.
Lai to panāktu, pa diagonāli izvietotie mosfeti tiek vienlaicīgi ieslēgti / izslēgti. Un tas tiek mainīts pa diagonālajiem pāriem. Piemēram, pāri Q1 / Q4 un Q2 / Q3 kopā tiek ieslēgti / izslēgti pārmaiņus. Kad Q1 / Q4 ir IESLĒGTS, Q2 / Q3 ir Izslēgts un otrādi.
Iepriekš minētā darbība liek strāvai pārmaiņus mainīt polaritāti savienotā transformatora tinumā. Tas savukārt liek inducētajam augstspriegumam pāri transformatora sekundāram mainīt arī polaritāti, radot paredzēto maiņstrāvu vai mainīgu izeju transformatora sekundārajā pusē.
Kas ir augstās puses zemās puses Mosfets
Augšējos Q1 / Q2 sauc par augstajiem sānu mosfetiem, bet apakšējos Q3 / Q4 - par zemajiem sānu mosfets.
Zemā sāna mosfeta atskaites vadi (avota spailes) ir atbilstoši savienoti ar iezemēto līniju. Tomēr augstajam sānam nav tiešas piekļuves atskaites zemes līnijai, tā vietā tie ir savienoti ar transformatora primāro.
Mēs zinām, ka MOSFET avota terminālim vai BJT izstarotājam jābūt savienotam ar kopējo iezemējuma līniju (vai kopējo atskaites līniju), lai tas varētu normāli vadīt un pārslēgt slodzi.
H tiltā, tā kā augstie sānu mosfeti nespēj tieši piekļūt kopējam laukumam, to efektīvi ieslēgt ar parasto vārtu līdzstrāvu (Vgs) kļūst neiespējami.
Tieši šeit rodas problēma, un sāknēšanas tīkls kļūst izšķirošs.
Kāpēc tā ir problēma?
Mēs visi zinām, ka BJT pilnīgai darbībai ir nepieciešams vismaz 0,6 V starp pamatni / izstarotāju. Līdzīgi, lai pilnībā darbotos, MOSFET ir nepieciešams apmēram 6 līdz 9 V pāri vārtiem / avotam.
Šeit “pilnībā” nozīmē optimālu mosfet iztukšošanas sprieguma vai BJT kolektora sprieguma pārnesi uz to attiecīgajiem avota / izstarotāja spailēm, reaģējot uz vārtu / bāzes sprieguma ievadi.
H tiltā zemajiem sānu mosfetiem nav problēmu ar to pārslēgšanās parametriem, un tos var pārslēgt normāli un optimāli bez īpašas shēmas.
Tas ir tāpēc, ka avota tapa vienmēr atrodas uz nulles vai iezemēta potenciāla, ļaujot vārtiem pacelt norādītajā 12 V vai 10 V virs avota. Tas atbilst nepieciešamajiem mosfet pārslēgšanās nosacījumiem un ļauj tam pilnībā novadīt drenāžas slodzi līdz zemes līmenim.
Tagad novērojiet augstos sānu mosfetus. Ja mēs pieliekam 12 V pāri tā vārtiem / avotam, mosfets sākotnēji reaģē labi un sāk novadīt spriegumu pret avota spailēm. Tomēr, lai gan tas notiek, slodzes klātbūtnes dēļ (transformatora primārais tinums) avota tapai sāk pieaugt potenciāls.
Kad šis potenciāls paaugstinās virs 6V, mosfets sāk apstāties, jo tam vairs nav “vietas”, lai vadītu, un līdz brīdim, kad avota potenciāls sasniedz 8V vai 10V, mosfets vienkārši pārstāj vadīt.
Sapratīsim to ar šāda vienkārša piemēra palīdzību.
Šeit slodzi var redzēt savienotu pie mosfeta avota, imitējot Hi-side mosfet stāvokli H-tiltā.
Šajā piemērā, mērot spriegumu pāri motoram, jūs atradīsit, ka tas ir tikai 7 V, lai gan kanalizācijas pusē tiek izmantots 12 V.
Tas ir tāpēc, ka 12 - 7 = 5V ir minimālais vārtu / avota minimālais lielums vai Vgsto izmanto mosfet, lai vadīšana būtu ieslēgta. Tā kā motors šeit ir 12 V motors, tas joprojām rotē ar 7 V barošanu.
Ja pieņemsim, ka mēs izmantojām 50 V motoru ar 50 V padevi kanalizācijā un 12 V uz vārtiem / avotu, mēs varam redzēt tikai 7 V uz avota, neradot nekādu kustību uz 50 V motoru.
Tomēr, ja mēs izmantojam ap 62 V pāri mosfet vārtiem / avotam. Tas uzreiz ieslēgtu MOSFET, un tā avota spriegums strauji sāktu pieaugt, līdz tas sasniedz maksimālo 50 V notekas līmeni. Bet pat pie 50 V avota sprieguma vārti, kas ir 62 V, joprojām būtu 62 - 50 = 12 V augstāki nekā avots, kas ļautu pilnībā vadīt mosfetu un motoru.
Tas nozīmē, ka vārtu avota spailēm iepriekšminētajā piemērā būtu nepieciešams aptuveni 50 + 12 = 62 V, lai 50 V motoram ļautu pārslēgt pilnu ātrumu. Tā kā tas ļauj pareizi paaugstināt mosfet vārtu sprieguma līmeni norādītajā 12 V līmenī virs avota .
Kāpēc Mosfets nedeg ar tik augstu Vgs
Tas ir tāpēc, ka, tiklīdz vārtu spriegums (Vgs), drenāžas puses augstspriegums tiek uzreiz ieslēgts un tas steidzas pie avota spailes, atceļot vārtu / avota pārspriegumu. Visbeidzot, pie vārtiem / avota tiek parādīts tikai efektīvais 12 V vai 10 V.
Nozīmē, ka, ja 100 V ir drenāžas spriegums un vārtiem / avotiem tiek piemērots 110 V, 100 V no drenāžas steidzas pie avota, kas atceļ piemēroto vārtu / avota potenciālu 100 V, ļaujot procedūrām darboties tikai plus 10 V. Tāpēc mosfet spēj droši darboties, nedegot.
Kas ir Bootstrapping
No iepriekšminētajām rindkopām mēs sapratām, kāpēc tieši mums vajag apmēram 10 V lielāku par iztukšošanas spriegumu kā Vgs augstiem sānu mosfetiem H-tiltā.
Ķēdes tīklu, kas veic iepriekš minēto procedūru, H tilta ķēdē sauc par sāknēšanas tīklu.
Standarta H tilta draivera IC bootstrapping tiek panākts, pievienojot diode un augstsprieguma kondensatoru ar vārtiem / avotu augstajiem sānu mosfetiem.
Kad ir ieslēgts zemās puses mosfets (augstās puses FET ir izslēgts), HS tapa un slēdža mezgls ir iezemēti. Vddpadeve caur apvedceļa kondensatoru uzlādē sāknēšanas kondensatoru caur sāknēšanas diodi un rezistoru.
Kad zemās puses FET ir izslēgts un augšējais ir ieslēgts, vārtu draivera HS tapa un slēdža mezgls tiek savienoti ar augstsprieguma kopni HV, sāknēšanas kondensators izlādē daļu no saglabātā sprieguma (kas savākts uzlādes laikā secība) uz sānu FET caur vārtu draivera HO un HS tapām, kā parādīts.
Lai iegūtu vairāk informācijas par to, varat atsaukties uz šo rakstu
Praktiskās ķēdes ieviešana
Rūpīgi apgūstot iepriekš minēto koncepciju, jūs joprojām varat sajaukt, vai pareizi izmantot H-Bridge ķēdi? Tātad, šeit jums visiem paredzēta lietojumprogrammu shēma ar detalizētu aprakstu.
Iepriekš minētā H tilta pielietojuma dizaina darbību var saprast ar šādiem punktiem:
Šeit izšķirošais aspekts ir attīstīt spriegumu pāri 10uF tā, lai to ON periodos tas būtu vienāds ar 'vēlamo slodzes spriegumu' plus 12V barošanu pie augsto sānu MOSFET vārtiem.
Parādītā konfigurācija to ļoti efektīvi izpilda.
Iedomājieties, ka pulkstenis Nr. 1 ir augsts, un pulkstenis Nr. 2 ir zems (jo tiem vajadzētu būt pārmaiņus pulksteņa rādītājiem).
Šajā situācijā augšējais labais mosfet kļūst izslēgts, bet apakšējais kreisais mosfet ir ieslēgts.
10uF kondensators ātri uzlādē līdz + 12V caur 1N4148 diode un zemāku mosfet noteku / avotu.
Nākamajā mirklī, tiklīdz pulkstenis 1 kļūst zems un pulkstenis 2 kļūst augsts, maksa kreisajā 10uF ieslēdz kreiso augšējo MOSFET, kas nekavējoties sāk vadīt.
Šajā situācijā tā iztukšošanas spriegums sāk strauji virzīties uz avotu, un vienlaikus spriegumi sāk iespiesties 10uF kondensatorā tā, ka esošais lādiņš + 12 V 'sēž' pār šo momentāno spriegumu no MOSFET spailes.
Šis kanalizācijas potenciāla pievienošana 10uF kondensatorā caur avota spaili nodrošina, ka abi potenciāls summējas un ļauj momentānajam potenciālam pāri MOSFET vārtiem / avotam būt aptuveni + 12 V virs drenāžas potenciāla.
Piemēram, ja drenāžas spriegumam ir izvēlēts 100 V, tad šis 100 V iestājas 10uF, izraisot nepārtraukti kompensējošu potenciālo vārtu spriegumu, kas uztur +12 tieši virs 100 V.
Es ceru, ka tas jums palīdzēja saprast augstā sānu bagāžnieka pamatdarbs izmantojot diskrēto kondensatora diode tīklu.
Secinājums
No iepriekšminētās diskusijas mēs saprotam, ka sāknēšana ir izšķiroša visām H tilta topoloģijām, lai efektīvi ieslēgtu augstos sānu mosfetus.
Šajā procesā atbilstoši izvēlēts kondensators, kas atrodas pāri sānu Mosfet vārtiem / izstarotājam, tiek uzlādēts par 12 V augstāku par piemēroto notekas sprieguma līmeni. Tikai tad, kad tas notiek, augstie sānu mosfeti spēj ieslēgt un pabeigt pievienotās slodzes paredzēto spiedpogas pārslēgšanu.
Pāri: Kondensatora induktora aprēķini Nākamais: 5 labākās izpētītās 40 vatu pastiprinātāju shēmas
