H-silla alglaadimine

Bootstrapping on ülioluline aspekt, mida leiate kõigist H-silla või täissilla võrkudest, kus on N-kanaliga mosfetid.

See on protsess, kus kõrgete külgmiste mosfettide värava / allika klemmid lülitatakse pingega, mis on selle äravoolupingest vähemalt 10 V kõrgem. See tähendab, et kui äravoolupinge on 100 V, peab efektiivne värava / allika pinge olema 110 V, et võimaldada 100 V täielikku ülekannet äravoolust kõrge külgmise mosfeti allikani.

Ilma bootstrapping H-silla topoloogia, millel on identsed mosfetid, lihtsalt ei tööta.

Püüame üksikasjadest aru saada samm-sammult.

Alglaadimisvõrk muutub vajalikuks alles siis, kui kõik H-silla 4 seadet on oma polaarsusega identsed. Tavaliselt on need n-kanalilised mosfetid (ilmselgetel põhjustel ei kasutata kunagi 4-kanalilist kanalit).

Järgmine pilt näitab standardset n-kanaliga H-silla konfiguratsiooni

Selle mosfeti topoloogia põhiülesanne on lülitada selles skeemis 'koormus' või trafo primaarne, flip-flop viisil. See tähendab, et luua ühendatud trafo mähises vahelduv tõukejõud.

Selle saavutamiseks lülitatakse diagonaalselt paigutatud mosfetid korraga sisse / välja. Ja see toimub diagonaalpaaride puhul vaheldumisi. Näiteks paarid Q1 / Q4 ja Q2 / Q3 lülitatakse vaheldumisi sisse / välja. Kui Q1 / Q4 on SEES, on Q2 / Q3 VÄLJAS ja vastupidi.

Ülaltoodud tegevus sunnib voolu vaheldumisi muutma oma polaarsust ühendatud trafo mähises. See omakorda põhjustab indutseeritud trafo sekundaarses sekundaarses sekundaarses pinges polaarsust, tekitades trafo sekundaarsel küljel ettenähtud vahelduvvoolu või vahelduva väljundi.

Mis on kõrgel küljel asuvad madalad mosfetid

Ülemist Q1 / Q2 nimetatakse kõrgeteks mosfettideks ja alumist Q3 / Q4 madalateks mosfetsideks.

Madalal küljel asuva mosfeti referentsjuhtmed (lähteklemmid) on maandusjoonega nõuetekohaselt ühendatud. Kuid kõrgel küljel oleval mosfetil pole otsest juurdepääsu võrdlusmaandusele, see on ühendatud trafo primaarse külge.

Me teame, et mosfeti 'allika' terminal või BJT emitter peab olema ühendatud ühise maandusjoonega (või ühise tugiliiniga), et see saaks koormust normaalselt juhtida ja ümber lülitada.

H-silla korral, kuna kõrged külgmised mosfetid ei pääse otse ühisosa juurde, on võimatu normaalse värava alalisvoolu (Vgs) abil nende tõhus sisselülitamine.

Siin tekib probleem ja alglaadimisvõrk muutub ülioluliseks.

Miks see probleem on?

Me kõik teame, et BJT-i täielikuks toimimiseks on vaja vähemalt 0,6 V aluse / emitteri vahel. Samamoodi vajab mosfeti täielik juhtimine umbes 6 kuni 9 V üle värava / allika.

Siin tähendab 'täielikult' mosfeti äravoolupinge või BJT kollektori pinge optimaalset ülekandmist vastavatele allika / emitteri klemmidele vastusena värava / baasi pinge sisendile.

H-silla korral pole madalatel külgedel olevatel mosfetidel probleeme nende lülitusparameetritega ja neid saab normaalselt ja optimaalselt lülitada ilma spetsiaalse vooluringita.

Seda seetõttu, et allika tihvt on alati null- või maapotentsiaalis, mis võimaldab väravat tõsta määratud 12 V või 10 V allika kohal. See vastab mosfeti nõutavatele lülitustingimustele ja võimaldab tal äravoolukoormuse täielikult maapinnale tõmmata.

Nüüd jälgige kõrgel asuvaid mosfette. Kui rakendame 12 V üle selle värava / allika, reageerivad mosfetid esialgu hästi ja hakkavad äravoolupinget juhtima allika klemmide suunas. Kuigi see juhtub, hakkab koormuse olemasolu tõttu (trafo primaarmähis) koguma allika tihvt potentsiaali tõusu.

Kui see potentsiaal tõuseb üle 6 V, hakkab mosfet seisma, kuna tal pole enam „ruumi”, mida juhtida, ja selleks ajaks, kui allikapotentsiaal jõuab 8V või 10V, lõpetab mosfet juhtimise.

Mõistame seda järgmise lihtsa näite abil.

Siin saab koormust näha ühendatuna mosfeti allikast, imiteerides Hi-side mosfeti seisundit H-sillal.

Selles näites, kui mõõdate mootori pinget, on see vaid 7 V, kuigi äravoolu poolele rakendatakse 12 V.

Seda seetõttu, et 12 - 7 = 5V on minimaalne värav / allikas või V_gsseda kasutab mosfet juhtivuse sisselülitamiseks. Kuna siin on mootor 12 V mootor, siis see pöörleb endiselt koos 7 V toiteallikaga.

Kui oletame, et kasutasime 50V mootorit, mille äravooluallikas oli 50V ja väravas / allikas oli 12V, võime näha allikal vaid 7V, mis ei põhjusta 50V mootoril liikumist.

Kuid kui me rakendame umbes 62 V ümber mosfeti värava / allika. See lülitaks mosfeti koheselt sisse ja selle allikapinge hakkaks kiiresti tõusma, kuni jõuab maksimaalse 50 V äravoolutasemeni. Kuid isegi 50 V allikapinge korral oleks värav 62 V ikkagi 62 - 50 = 12 V kõrgem kui allikas, võimaldades mosfeti ja mootori täielikku juhtimist.

See tähendab, et ülaltoodud näites vajavad väravaallika klemmid 50 V mootori täiskiiruse lülitamise võimaldamiseks midagi umbes 50 + 12 = 62 V. Sest see võimaldab mosfeti värava pingetaset korralikult tõsta määratud 12 V tasemel allika kohal .

Miks ei põle Mosfet nii kõrge Vgs-ga

Selle põhjuseks on see, et niipea kui värava pinge (V_gs), tühjenduspoole kõrgepinge lülitatakse koheselt sisse ja see tormab allikaklemmi juurde, tühistades liigse värava / allika pinge. Lõpuks renderdatakse väravas / allikas ainult efektiivne 12V või 10V.

See tähendab, et kui äravoolupinge on 100 V ja väravale / allikale rakendatakse 110 V, siis 100 V äravoolust voolab allika juurde, tühistades rakendatud värava / allika potentsiaali 100 V, lubades protseduuride juhtimiseks ainult pluss 10 V. Seetõttu on mosfet võimeline töötama ohutult ilma põlemata.

Mis on alglaadimine

Ülaltoodud lõikudest saime aru, miks vajame H-silla kõrgete külgmiste mosfettide Vgs-ni umbes 10 V kõrgemat äravoolupinget kui Vgs.

Ülaltoodud protseduuri täitvat vooluvõrku nimetatakse H-silla vooluringis alglaadimisvõrguks.

Tavalises H-silla draiveri IC-s saavutatakse alglaadimine dioodi ja kõrgepinge kondensaatori lisamisega kõrgservaliste mosfettide värava / allikaga.

Kui madala küljega mosfet on sisse lülitatud (kõrge külgmine FET on välja lülitatud), on HS-tihvt ja lüliti sõlm maandatud. V_ddtoide möödaviigukondensaatori kaudu laadib alglaadimiskondensaatori alglaadimisdioodi ja takisti kaudu.

Kui madalpoolne FET on välja lülitatud ja kõrge külg on sisse lülitatud, ühendatakse väravajuhi HS-tihvt ja lülitussõlm kõrgepingebussiga HV, tühjeneb bootstrap-kondensaator osa salvestatud pingest (laadimise ajal kogutud) järjestus) kõrgserva FET-ile väravajuhi HO- ja HS-tihvtide kaudu, nagu on näidatud joonisel.

Selle kohta saate lisateavet selle artikli juurde

Praktilise vooluringi rakendamine

Pärast ülaltoodud kontseptsiooni põhjalikku õppimist võite endiselt segaduses olla H-silla vooluringi rakendamise õige meetodi osas? Nii et siin on teie kõigi jaoks mõeldud rakendusahel koos üksikasjaliku kirjeldusega.

Ülaltoodud H-silla rakenduse disaini toimimist saab mõista järgmiste punktidega:

Oluline aspekt on siin pinge väljatöötamine 10uF-s nii, et see võrduks 'soovitud koormuspingega' pluss toiteallikaga 12V kõrgete külgmiste MOSFET-ide väravatel nende ON perioodidel.

Näidatud konfiguratsioon täidab seda väga tõhusalt.

Kujutage ette, et kell # 1 on kõrge ja kell # 2 on madal (kuna need peaksid olema vaheldumisi kellaga).

Sellises olukorras lülitub ülemine parempoolne mosfet välja, samas kui alumine vasak mosfet on sisse lülitatud.

10uF kondensaator laadib 1N4148 dioodi ja madalama mosfeti äravoolu / allika kaudu kiiresti kuni + 12 V.

Järgmisel hetkel, kui kell # 1 saab madalaks ja kell # 2 kõrgeks, lülitub vasakpoolse 10uF-i laeng ülemise vasaku ülemise MOSFETi sisse, mis hakkab kohe juhtima.

Selles olukorras hakkab selle äravoolupinge tormama oma allika poole ja samaaegselt hakkavad pinged 10uF kondensaatorisse suruma nii, et olemasolev laeng + 12V 'istub' üle selle MOSFET-i terminali hetkelise pinge.

See äravoolupotentsiaali lisamine 10uF-kondensaatorisse läbi allikaklemmi tagab, et kaks potentsiaali liituvad ja võimaldavad MOSFET-i värava / allika hetkelise potentsiaali olla umbes + 12 V kõrgemal äravoolupotentsiaalist.

Näiteks kui äravoolupinge on valitud 100 V, siis see 100 V surub 10uF-i, põhjustades pidevalt kompenseeriva potentsiaalse värava pinge, mis püsib +12 juures veidi üle 100 V.

Loodan, et see aitas teil aru saada kõrgel küljel asuva bootstrapingu põhitöö kasutades diskreetse kondensaatori dioodvõrku.

Järeldus

Ülaltoodud arutelu põhjal mõistame, et alglaadimine on kõigi H-silla topoloogiate jaoks ülioluline, et võimaldada kõrgete külgmiste mosfettide tõhusat sisselülitamist.

Selles protsessis laaditakse kõrgepoolse mosfeti väravas / emitteris sobivalt valitud kondensaator 12 V võrra kõrgemale kui rakendatud äravoolupinge tase. Ainult siis, kui see juhtub, saavad kõrged külgmised võrgud sisse lülitada ja ühendatud koormuse ettenähtud tõukejõu lülitamise lõpule viia.