logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

[Atmega8] Czy 1kHz PWM na MOSFET IRF8714 wymaga drivera jak MCP1416?

mopsiok 18 Kwi 2012 20:05 10323 50
  • #1 10809174
    mopsiok
    Poziom 14  
    Witam
    Buduję układ, który za pomocą sygnału PWM sterowałby odbiornikiem pobierającym coś koło 2A. Moją uwagę przykuł IRF8714. Przeglądając notę katalogową (Link) wyczytałem, że w stanie przewodzenia - 4.5V na bramce - ma wyjątkowo małą rezystancję, nieco ponad 8 miliomów. Oczywiście mi to na rękę - prawie zerowe ciepło na tranzystorze a, co ważniejsze, napięcie na bramce osiągalne dla AVRów. I tutaj przechodzimy do sedna sprawy. Planuję generować sygnał PWM o częstotliwości około 1kHz i nie wiem jak się zachować w stosunku do MOSFETa. Czytałem że dla większych częstotliwości trzeba użyć drivera, który byłby w stanie odpowiednio szybko ładować i rozładowywać kondensator bramkowy. Tylko właśnie nie mam pojęcia czy 1kHz to już "większa częstotliwość". Jeśli tak, to czy MCP1416 załatwiłby sprawę? A jak nie, to czy mogę po prostu podpiąć bramkę pod wyjście Atmegi i wszystko będzie działać jak należy? Nie zależy mi na większych częstotliwościach, 1kHz zdecydowanie wystarczy.

    Wybaczcie moje banalne pytanie, ale nigdy nie miałem do czynienia z MOSFETami i wszystko zaczyna mi się już mieszać...

    //edit
    Dodam, że bardzo mi zależy na jak najmniejszej liczbie elementów. Docelowo przewiduję blisko sto tranzystorów do obsłużenia.
  • #2 10809277
    janbernat
    Poziom 38  
    Głupia częstotliwość- bo trzeba jednak coś policzyć.
    Wydajność prądową wyjścia ATmegi szacuję na 20mA dla 5V zasilania.
    Oznacza to konieczność wpięcia opornika 250ohm między wyjście a bramkę.
    Pojemność bramki wynosi ok. 1nF.
    To by dało stałą RC ok. 0.25us.
    A pół okresu dla 1kHz wynosi 0.5ms.
    Stosunek tych wartości daje 1/2000.
    Myślę że bez szczególnych obaw można to sterować bezpośrednio z procesora.
    Uwaga:
    reszty parametrów tranzystora nie obliczałem.
  • #3 10809321
    mopsiok
    Poziom 14  
    Dzięki za odpowiedź.

    Może pytanie które zadam jest idiotyczne, ale... czy ten rezystor to dlatego że na początku ładowania bramka ma małą impedancję i ma on chronić wyjście procka przed chwilowym zbyt wysokim prądem?
    I jeszcze... skąd wiesz że pojemność wynosi właśnie tyle? W nocie jest napisane jedynie o pojemności 1000pF, ale to dla zerowego napięcia bramki. 1 piko to wartość najczęściej spotykana, czy jak?
  • #4 10809570
    janbernat
    Poziom 38  
    O impedancji to można mówić dopiero przy przebiegu okresowym sinusoidalnym albo złożonym z wielu harmonicznych.
    Tu jest inaczej.
    Wyobraź sobie że pojemność bramki jest wcale nie naładowana.
    Gdy podasz na nią jakieś napięcie to będzie po prostu zwarcie.
    Przynajmniej początkowo- jak już się pojemność naładuje to będzie zerowy prąd.
    No i ten rezystor ma chronić biedny pin procesora przed zwarciem.
    Podobnie gdy pojemność bramki się w pełni naładuje a stan pinu zmieni się na niski- no przecież cały ładunek z bramki- teraz jest to idealne źródło napięciowe- przepłynie do masy przez ten biedny pin.
    Oczywiście mocno przesadzam.
    Po pierwsze- wyjście procesora wytrzyma dużo więcej- ale ile- to niestety w DS nie podają.
    Po drugie- rezystancja kanału tranzystorów wyjściowych procesora wynosi ok 40ohm- co niedawno cierpliwie zmierzyłem- a więc prąd nie będzie taki wielki.
    Można zmniejszyć wartość opornika do 100ohm i wszystko pewnie będzie działać.
    Ale ja zwykle jestem ostrożny.
    Po trzecie najważniejsze- przy takiej pobieżnej analizie działania układów impulsowych trzeba problem rozbić na małe problemiki- to tak jak w programowaniu.
    A to że pF a nie nF- pewnie ładniej wygląda pojemność bramki w pF w broszurce reklamowej.
    I pamiętaj- ta pojemność bramki jest największą składową pojemności wejściowej ale nie jedyną.
    Rezystancja i indukcyjność doprowadzeń w elementach i ścieżek, pojemności ścieżek do masy, zmiana rezystancjj kanału w zależności od temperatury, pojemność termiczna złącza- to zacznie być ważne przy 100khz-1Mhz.
    Dlatego moje oszacowanie dla 1kHz jest nieco "spod palca".
  • #5 10809624
    mopsiok
    Poziom 14  
    Fakt, mój błąd - pisząc "impedancja" miałem na myśli właśnie ten efekt zmieniającego prądu przy stałej rezystancji i pojemności (w zależności od ładunku w pojemności).
    Czyli, ogólnie rzecz ujmując, mogę spokojnie podpiąć bramkę przez rezystor 250 omów i wszystko będzie działać tak jak powinno? Wychodzi na to że 1kHz to niewielka częstotliwość, mam rację?
  • Pomocny post
    #6 10809735
    janbernat
    Poziom 38  
    Możesz- ale to jest tylko taka porada.
    Zwykle sprawdzam- chociażby na płytce stykowej.
    Ale nie mam tego tranzystora i nie mogę sprawdzić.
    Powinieneś policzyć rezystancję kanału przy 2A, rezystancję termiczną itp.
  • #7 10809769
    mopsiok
    Poziom 14  
    Oj, to aż tak to ja się na tym nie znam. Nawet bym zbytnio nie wiedział jak te dane wykorzystać :D. Po prostu sprawdzę jak to wygląda w praktyce. Jakby pojawiły się jakieś problemy to pozwolę sobie je tutaj opisać...
    No ale dzięki wielkie, leci zasłużony "pomógł".
  • #8 10832498
    mopsiok
    Poziom 14  
    Witam ponownie. Sprawa nieco się skomplikowała, bo zmuszony zostałem do zmniejszenia napięcia zasilania Atmegi do 3.3V, przez co sterowanie bezpośrednio z niej staje się niemożliwe. Najprostszym wyjściem z sytuacji byłoby zastosowanie jakiegoś tranzystora bipolarnego w roli inwertera (na bazę NPN prąd z Atmegi, kolektor przez rezystor do bramki MOSFETa i dodatkowy rezystor 2k do zasilania, a emiter do masy). Z tym że przy takim układzie zostaje ograniczony prąd rozładowywania (dla inwertera opartego na PNP) lub ładowania (dla NPN) bramki. Raczej nie mogę sobie pozwolić na driver z obu tranzystorów, po prostu za mało miejsca. Gdy nigdzie nie znalazłem żadnego scalonego drivera, w akcie desperacji wykoncypowałem że może dałoby się zastosować... bramkę NOT? O ile mi wiadomo, "końcówka" takiego układu składa się właśnie z tranzystorów zwierających - w zależności od tego co pojawi się na wejściu - do masy lub do zasilania. Zatem, tak czysto hipotetycznie: czy gdybym pod wyjście takiej bramki podpiął bramkę MOSFETa (z jakimś ewentualnym rezystorem), to czy działałoby to tak jak myślę?
  • #9 10832792
    janbernat
    Poziom 38  
    Jakbyś jednak zajrzał tu:
    http://www.tme.eu/dok/I/irf8714pbf.pdf
    w Twój link- to byś zobaczył że przy 3.3V zasilania ten tranzystor całkiem nieźle daje sobie radę.
    W zasadzie przy zasilaniu 2.6V i prądzie 2A trzeba by się zacząć martwić.
    P.S.
    Ale na płytce drukowanej pole miedzi podłączonej do źródła i do drenu powinno być maksymalnie duże.
    Nie można tam stosować żadnych chwytów ułatwiających lutowanie.
  • #10 10833030
    mopsiok
    Poziom 14  
    Owszem, jednak jak już pisałem plan nieco się zmienił. Nie będę używał tego tranzystora, a przynajmniej nie teraz. Założyłem też nieco większy prąd, rzędu 4-5 amperów. Zależy mi na czasie, więc chcę skorzystać z elementów których nie trzeba dodatkowo sprowadzać - mam zamiar zrobić zakupy na seguro.pl. Jednak postanowiłem przeprowadzić próbę i zaprojektowałem płytkę dla takiego schematu:
    [Atmega8] Czy 1kHz PWM na MOSFET IRF8714 wymaga drivera jak MCP1416?
    Driver zajmuje 15x8 mm - myślę że nie jest tragicznie, w najgorszym wypadku mógłbym zrealizować to w ten sposób. Tylko czy schemat jest poprawny?

    Wiem, to trochę obchodzenie problemu naokoło, ale tak jak pisałem, nie mam czasu na sprowadzanie elementów. Może potem, kiedy całość zadziała na takim rozwiązaniu...
  • #11 10833152
    janbernat
    Poziom 38  
    Prawie dobrze- obok R1 daj miejsce na kondensator ok. 470pF.
    R2 w obudowie 1206- powinien być nieco większej mocy.
    Vcc i OUT powinny być połączone- ma to być takie same napięcie.
    Tranzystory na prąd ok. 0.5A.

    Moderowany przez _Robak_:

    Żeby była jasność dla czytających, obok = równolegle.

  • #12 10833300
    mopsiok
    Poziom 14  
    Teraz to mnie trochę zdezorientowałeś... Nasunęło mi się kilka pytań:
    1. Do czego służy ten kondensator przy R1?
    2. Nie sądziłem że w tym obwodzie będzie płynął tak duży prąd... w sumie to jakim cudem, skoro R2 będzie rzędu 2k?
    3. OUT do Vcc? Tego niestety nie pojmuję. Przecież T4 ma załączać prąd płynący właśnie od Vcc, przez OUT i do masy. Gdybym zwarł Vcc z OUT, T4 powodowałby jedynie zwarcia.
    Mógłbyś mi jakoś przystępnie to wytłumaczyć? Bo niestety nie za bardzo to rozumiem...
  • #13 10833452
    janbernat
    Poziom 38  
    Gdybyś tak narysował obciążenie w drenie tranzystora T4.
    Moja pomyłka- Vcc ma być podłączony do zasilania - a nie do drenu.
    Kondensator- speed-up capacitor.
    Znakomicie poprawia czas wyłączania tranzystora T1.
    Ale dość trudne do obliczenia.
    Przez R2 przełączmy tranzystory- prąd powinien być możliwie duży.
    Więc R2 możliwie mały- tyle ile T1 wytrzyma.
  • #14 10833503
    mopsiok
    Poziom 14  
    Dzięki za wyjaśnienie. Rozumiem że mogę w ślepo kupić 470pF i powinno być okej?
    Zamierzam użyć BC817 i BC807 - ich maksymalne prądy kolektora to 500mA, ale niestety nie znalazłem informacji na temat maksymalnego prądu bazy. Zauważyłem jednak taki schemat (pochodzi z Elektrody):
    [Atmega8] Czy 1kHz PWM na MOSFET IRF8714 wymaga drivera jak MCP1416?
    Tutaj rezystor ma 10k, ktoś później pisał żeby zmienić na 2k2. Czy ta druga wartość jest wystarczająca, czy mam wsadzić jakiś blisko 500 omów?
  • #15 10833620
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #17 10833869
    Szumlus
    Poziom 17  
    Witam,

    Proponuje zrobić głosowanie - kto za 10k a kto za 2,2k :D

    A tak poważnie - rezystor R8 ogranicza prąd C-E w czasie przewodzenia T1 i jednocześnie ogranicza prąd bazy górnego tranzystora inwertera.
    Także te dwa parametry decydują o jego wartości.
    Kolejna sprawa to wzmocnienie tranzystora.
    Jeśli okazuje się ze przy prądzie bazy 10[mA] osiągniemy maksymalny prąd IC nie ma sensu go np. potrajać.
    Rezystory powinny być tak dobrane aby tranzystory inwertera pracowały w jednym z dwóch stanów - zatkania albo nasycenia(pełnego otwarcia).

    Przy tym układzie raczej nie ma znaczenia czy 10k czy 2,2k na pewno nie odczujesz różnicy w działaniu przy tych częstotliwościach pracy o których mówisz na początku.
    Rezystor R9 podciąga bramkę MOSFET'a do Vcc co zapewnia mu stabilny stan wyłączenia w przypadku gdy inwerter nie jest wysterowany więc tu proponuję zostać przy 10k.

    Pozdrawiam,
    Marcin
  • #18 10833880
    PiotrPitucha
    Poziom 34  
    Witam
    Co do meritum, R1 wypadałoby oszacować w zależności od napięcia zasilania, myślę że na wyjściu Q1 powinieneś mieć dostępny prąd około 0,5A znając β tranzystora można oszacować prąd jaki musi wymusić R1 i jest to 0,5/β.
    Kondensator C1 to bardzo dobry pomysł, natomiast R4 w Atmedze 8 jest niekonieczny.
    Co do zasilania to sprawdź czy Twój wybrany MOSFET wytrzyma to napięcie na bramce, możesz też przemyśleć zastosowanie gotowych driverów i zapomnieć że trzeba liczyć jakieś rezystory :D
    Piotr
  • #19 10834980
    mopsiok
    Poziom 14  
    Cytat:
    możesz też przemyśleć zastosowanie gotowych driverów

    Uwierz, bardzo chętnie bym to zrobił :D. Jednak na chwilę obecną są one dla mnie nieosiągalne, a potrzebuję rozwiązać sprawę szybko i skutecznie. To tak do testów, jak już wszystko będzie działać to kupię scalaki. Swoją drogą, czy moglibyście polecić jakieś sprawdzone i w rozsądnej cenie? Do MOSFETa z kanałem typu N. Wymagania mam niskie: prąd wyjściowy 1A, a częstotliwość załączania - tak jak pisałem na początku tematu - coś koło 1kHz. Chodzi mi po prostu o to żeby upakować te wszystkie elementy tak żeby płytka była jak najmniejsza. Cena też jest dość istotna, myślę że jak scalak ma kosztować powyżej 5 złotych to to żaden interes.
    A wracając do schematu - czy teraz wszystko jest już w porządku?
    [Atmega8] Czy 1kHz PWM na MOSFET IRF8714 wymaga drivera jak MCP1416?
    T1, T2 - BC817
    T3 - BC807
    T4 - tu jeszcze nie jestem pewien, możliwe że IRFZ44N
    R2, R3 - 2.2k
    R4 - coś koło 10 omów - tylko nie jestem pewien czy może być w obudowie 0805, bo niby największy prąd płynie przez niego tylko dwa razy na milisekundę, to jednak jest to coś koło 700mA (przyjmuję napięcie zasilania 7V)
    R5 - 10k
    C5 - 470pF
  • #20 10834993
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #21 10835119
    mopsiok
    Poziom 14  
    Szumlus napisał:
    [...] podciąga bramkę MOSFET'a do Vcc co zapewnia mu stabilny stan wyłączenia w przypadku gdy inwerter nie jest wysterowany [...]

    Tylko zastanawiam się czy faktycznie jest konieczny, bo skoro całością steruję z mikrokontrolera to raczej nigdy nie wystąpi stan "niewysterowania".
  • #22 10835184
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #23 10835222
    mopsiok
    Poziom 14  
    Niech zatem i tak będzie :P. Bez R5. Czy wartości elementów się zgadzają? Wiem że zależy to od napięcia zasilania, ale tak orientacyjnie...
  • #24 10835584
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #26 10835921
    janbernat
    Poziom 38  
    Może trochę policzyć zamiast głosować?
    Przyjmijmy (na podstawie DS) że do nasycenia tranzystora trzeba dać prąd bazy 1/10 - 1/20 prądu kolektora
    oraz że zasilanie tego ustrojstwa będzie 12V.
    Prąd max w impulsie płynący przez tranzystory wtórnika komplementarnego będzie
    Ic=Uz/R4 czyli 1.2A
    Aby górny tranzystor się nasycił Ib>=1/10Ic czyli 120mA.
    Czyli R2<=Uz/Ib czyli 100ohm
    Aby tranzystor T1 się nasycił powinien dostać na bazę 12mA.
    Zasilanie procesora 3.3V, spadek napięcia na bazie 0.6V
    Czyli- 2.7V/12mA=225ohm.
    Bardzo czekam na sprawdzenie czy się nie pomyliłem. :D
  • #27 10836053
    Konto nie istnieje
    Poziom 1  
  • #28 10836266
    janbernat
    Poziom 38  
    No- wzmocnienie małych sygnałów nie bardzo ma się do wymaganego prądy bazy w przypadku nasycenia.
    Tak jak np tu:
    http://www.google.pl/url?sa=t&rct=j&q=bc547&s...4IdX-hlyg&sig2=AhzRojlrAiNdoXgyfscECg&cad=rja
    ONsemiconuctor
    Fig. 1, 2, 3.
    Raz- przy dużych prądach kolektora wzmocnienie jest małe.
    Dwa- nasycenie na tych wykresach nie zależy od wzmocnienia małosygnałowego.
    Można przyjąć mniej restrykcyjne warunki Ib>Ic/20.
    Niektórzy producenci tak podają.
    Okropna kłótnia na ten temat nie dawno była na początkujący/nauka.
    Brał w niej udział Quartz- a więc kłótnia była potężna.
    Ale nie mogę tego znaleźć.
    Ale ogólny wynik tej kłótni był taki- na bazę trzeba dać 1/10 albo 1/20 prądu kolektora aby tranzystor się nasycił.
    Jak byś znalazł ten temat to daj link- zapiszę to sobie.
  • #29 10836337
    mopsiok
    Poziom 14  
    Nie, procek ma być zasilany właśnie z 3.3. Zatem mamy tak: bazy T2 i T3 powinny mieć 15mA, a baza T1 80 razy mniej, czyli 187uA, więc końcówka obliczeń wyglądałaby mniej więcej tak:
    R3 = (3.3V - 0.7V) / 187uA = 14.4kOhm
    R2 = 12V/15mA = 800Ohm

    A jeszcze takie ostatnie pytanko... tranzystory T2 i T3 mają maksymalne prądy 500mA. W obwodzie ma płynąć szczytowo 1.2A. W notach pisze że prąd szczytowy może wynosić 1A. Mogę sobie pozwolić na tę "niewielką" różnicę, czy muszę zwiększyć R4?
  • #30 10836409
    janbernat
    Poziom 38  
    W zasadzie porada podana przez PiotrPitucha pozwoli Ci na zmniejszenie powierzchni zajmowanej przez sterownik i rozwiąże Twoje problemy.
    Ale nie zamykaj tematu- takie dyskusje często wnoszą sporo wiedzy.
REKLAMA