H-Bridge Bootstrapping

Буутстрапирането е решаващ аспект, който ще намерите във всички H-bridge или пълномостови мрежи с N-канални MOSFET-и.

Това е процес, при който терминалите на портата / източника на високите странични MOSFET-та се превключват с напрежение, което е поне 10V по-високо от неговото източване. Това означава, че ако напрежението на източване е 100V, тогава ефективното напрежение на порта / източника трябва да бъде 110V, за да позволи пълното прехвърляне на 100V от канализацията към източника на високия страничен MOSFET.

Без зареждане съоръжение H-мост топология с идентични MOSFET просто няма да работи.

Ще се опитаме да разберем подробностите чрез поетапно обяснение.

Мрежата за зареждане става необходима само когато всичките 4 устройства в H-моста са идентични с полярността си. Обикновено това са n-канални MOSFET-и (4 p-канал никога не се използва поради очевидни причини).

Следващото изображение показва стандартна конфигурация на n-канален H-мост

Основната функция на тази MOSFET топология е да превключва „натоварването“ или основния трансформатор в тази диаграма по тригър. Значение, за да се създаде променлив ток на издърпване през свързаната намотка на трансформатора.

За да се осъществи това, диагонално подредените MOSFET се включват / изключват едновременно. И това се циклира последователно за диагоналните двойки. Например двойките Q1 / Q4 и Q2 / Q3 са включени последователно ВКЛ. / ИЗКЛ., Последователно. Когато Q1 / Q4 е ВКЛЮЧЕН, Q2 / Q3 е ИЗКЛЮЧЕН и обратно.

Горното действие принуждава тока да променя последователно полярността си в свързаната намотка на трансформатора. Това от своя страна кара индуцираното високо напрежение във вторичната част на трансформатора също да промени неговата полярност, произвеждайки предвидения променлив ток или променлив изход от вторичната страна на трансформатора.

Какво представляват Mosfets с ниска страна с висока страна

Горните Q1 / Q2 се наричат ​​високи странични mosfets, а долните Q3 / Q4 се наричат ​​ниски странични mosfets.

Ниският страничен MOSFET има своите референтни изводи (терминали на източника), подходящо свързани със земната линия. Въпреки това високият страничен MOSFET няма пряк достъп до референтната наземна линия, а е свързан към първичния трансформатор.

Знаем, че терминалът „източник“ на MOSFET или излъчвателят за BJT трябва да бъде свързан към общата наземна линия (или общата референтна линия), за да му позволи да провежда и превключва товар нормално.

В H-мост, тъй като високите странични MOSFET-та не могат да получат директен достъп до общата земя, включването им ефективно с нормален DC DC (Vgs) става невъзможно.

Тук възниква проблемът и мрежата за зареждане става решаваща.

Защо това е проблем?

Всички знаем, че BJT изисква минимум 0,6 V между неговата база / излъчвател, за да проведе пълноценно. По същия начин, MOSFET изисква около 6 до 9V ​​през портата / източника си, за да проведе напълно.

Тук „изцяло“ означава оптимален трансфер на изходното напрежение на MOSFET или напрежението на колектора BJT към съответните им терминали на източник / емитер, в отговор на входното напрежение на порта / базата.

В H-моста ниските странични MOSFET-и нямат проблеми с параметрите си на превключване и те могат да се превключват нормално и оптимално без специални схеми.

Това е така, защото щифтът на източника винаги е с нулев или заземен потенциал, което позволява портата да бъде повишена при посочените 12V или 10V над източника. Това отговаря на необходимите условия за превключване на MOSFET и му позволява да изтегли напълно дренажния товар до нивото на земята.

Сега наблюдавайте високите странични MOSFET-и. Ако приложим 12V през портата / източника, MOSFET първоначално реагира добре и започва да провежда източващото напрежение към клемите на източника. Въпреки това, докато това се случва, поради наличието на товара (първична намотка на трансформатора) щифтът на източника започва да изпитва нарастващ потенциал.

Когато този потенциал се повиши над 6V, MOSFET започва да спира, тъй като няма повече „пространство“ за провеждане и докато потенциалът на източника достигне 8 V или 10 V, MOSFET просто спира да провежда.

Нека разберем това с помощта на следния прост пример.

Тук товарът може да се види свързан към източника на MOSFET, имитиращ Hi-Side MOSFET състояние в H-мост.

В този пример, ако измервате напрежението в двигателя, ще установите, че то е само 7V, въпреки че 12V се прилага към източващата страна.

Това е така, защото 12 - 7 = 5V е минималният вход / източник или V_gsтова се използва от MOSFET за поддържане на проводимостта. Тъй като двигателят тук е 12V мотор, той все още се върти с 7V захранване.

Ако предположим, че сме използвали 50V мотор с 50V захранване на канализацията и 12V на портата / източника, може да видим само 7V на източника, без да произвеждаме абсолютно никакво движение на 50V мотора.

Ако обаче приложим около 62V през портата / източника на MOSFET. Това незабавно ще включи MOSFET и напрежението на източника му ще започне бързо да се покачва, докато достигне максималното ниво на източване 50V. Но дори при 50V напрежение на източника, портата, която е 62V, ще бъде все още 62 - 50 = 12V по-висока от източника, което позволява пълна проводимост на MOSFET и двигателя.

Това предполага, че терминалите на източника на порта в горния пример ще изискват нещо около 50 + 12 = 62V, за да се даде възможност за превключване на пълна скорост на двигателя 50V. Тъй като това позволява нивото на напрежението на порта на MOSFET да бъде правилно повишено при определеното ниво 12V над източника .

Защо Mosfet не гори с толкова високи Vgs

Това е така, защото веднага щом напрежението на портата (V_gs) се прилага, високото напрежение на източващата страна се включва незабавно и то се втурва към терминала на източника, като отменя излишното напрежение на порта / източника. И накрая, само ефективните 12V или 10V се изобразяват на портата / източника.

Това означава, че ако 100V е напрежението на източване и 110V е приложено към портата / източника, 100V от дренажа се втурва към източника, като обезсилва приложения потенциал на порта / източника 100V, позволявайки само на плюс 10V да управлява процедурите. Следователно MOSFET може да работи безопасно, без да гори.

Какво е Bootstrapping

От горните параграфи разбрахме защо точно се нуждаем от около 10V по-високо от източващото напрежение като Vgs за високите странични MOSFET-и в H-мост.

Мрежата от вериги, която изпълнява горната процедура, се нарича мрежа за зареждане в схема на H-мост.

В стандартната интегрална схема на драйвера за H-мост, зареждането се постига чрез добавяне на диод и кондензатор с високо напрежение към портата / източника на високите странични MOSFET-та.

Когато MOSFET от ниска страна е включен (FET от високата страна е изключен), щифтът HS и превключващият възел са заземени. V_ддзахранването, чрез байпасния кондензатор, зарежда кондензатора на bootstrap през диода и резистора на bootstrap.

Когато FET от ниската страна е изключен и високата страна е включена, HS щифтът на драйвера на портата и превключващият възел се свързват към високоволтовата шина HV, кондензаторът на bootstrap разрежда част от запазеното напрежение (събрано по време на зареждането последователност) към високия FET през щифтовете HO и HS на драйвера на порта, както е показано на.

За повече информация относно това можете да се обърнете към тази статия

Прилагане на практическа схема

След като сте изучили добре концепцията по-горе, може да останете объркани относно правилния метод за внедряване на верига H-Bridge? И така, ето схема за кандидатстване за всички вас, с подробно описание.

Работата на горния дизайн на приложението на H-bridge може да се разбере със следните точки:

Решаващият аспект тук е да се развие напрежение през 10uF, така че то да стане равно на 'желаното напрежение на натоварване' плюс захранването 12V на портите на MOSFET-тата от високата страна, по време на техните периоди на включване.

Показаната конфигурация изпълнява това много ефективно.

Представете си, че часовник №1 е висок, а часовник №2 е нисък (тъй като те трябва да се редуват последователно).

В тази ситуация горният десен MOSFET се изключва, докато долният ляв MOSFET е включен.

Кондензаторът 10uF бързо зарежда до + 12V чрез диода 1N4148 и долния дренаж / източник на MOSFET.

В следващия миг, веднага щом часовник # 1 стане нисък и часовник # 2 стане висок, зарядът вляво 10uF включва ВКЛЮЧЕН горния ляв MOSFET, който веднага започва да провежда.

В тази ситуация неговото източващо напрежение започва да се втурва към своя източник и едновременно с това напреженията започват да се натискат в 10uF кондензатор по такъв начин, че съществуващото зареждане + 12V да 'седне' над това моментално изтласкващо напрежение от MOSFET терминала.

Това добавяне на изтичащ потенциал в 10uF кондензатор чрез изходния терминал гарантира, че двата потенциала се сумират и позволяват моментният потенциал през портата / източника на MOSFET да бъде точно на около + 12V над изтичащия потенциал.

Например, ако изходното напрежение е избрано да бъде 100V, то това 100V избутва в 10uF, причинявайки непрекъснато компенсиращо потенциално напрежение на затвора, което се поддържа на +12 точно над 100V.

Надявам се, че това ви е помогнало да разберете основна работа на високата странична обувка с помощта на дискретна кондензаторна диодна мрежа.

Заключение

От горната дискусия разбираме, че зареждането е изключително важно за всички топологии на H-моста, за да позволи ефективно включване на високите странични MOSFET-и.

В този процес подходящо избран кондензатор през портата / излъчвателя на високия страничен MOSFET се зарежда до 12V по-високо от приложеното ниво на източващо напрежение. Само когато това се случи, високите странични MOSFET-та могат да се включат и да завършат предвиденото превключване с натискане на свързания товар.