Mostek H na Mosfetach N - grzanie górnych tranzystorów przy ogniwie Peltiera

Dzień dobry,

najpierw szybki opis tematu:
Wykonałem mostek H na tranzystorach Mosfet z kanałem typu N. Mostek ma przełączać grzanie na ogniwie Peltiera. Przełączanie odbywa się przez tranzystory T1 i T2 z uC.

Przełączanie mostka działa. Na wyjściu bez obciążenia dostaję 12V. Po podłączeniu ogniwa Peltiera jest około 7V i prąd 1,7A przepływający przez ogniwo. Te wartości mnie satysfakcjonują, ogniwo dobrze grzeje oraz wartości spokojnie mieszczą się w zakresach z karty katalogowej.

Problem:
Podczas działania mostka w zależności od strony przepływu grzeją się (aż parzą) górne mosfety jeden lub drugi w zależności od kierunku przełączenia.

Proszę o sprawdzenie poprawności wykonanego prze zemnie schematu oraz uwagi co można by lub trzeba poprawić.
Czy te tranzystory mogą się tak bardzo nagrzewać (konieczny radiator czy też nie)?

Górne tranzystory nie są poprawnie sterowane. Nie ma wystarczającego Ugs do pełnego otwarcia stąd spadek napięcia i grzanie.
Zainteresuj się HIP4081

dziękuję za odpowiedź,

a czy w jakiś prosty sposób mogę zmienić to sterowanie, jakoś podciągnąć do nich większe napięcie? Chodzi mi tutaj o pominięcie właśnie tego typu układów jak HIP.

- przygotować napięcie pomocnicze 5V i nim sterować górne mosfety - pilnując by nie przekroczyć Ugs max (diody zenera) .
-zamienić górne mosfety na komplementarne (kanał p) odpowiednio modyfikując sterowanie.

Irlz mają Ugs max = 10V - mosfety pracują powyżej wartości maksymalnych.
Zalecane Ugs to 5V

patrz nota aplikacyjna

Podnoszę temat i proszę o uszczegółowienie. Mój przypadek jest bardzo podobny:
potrzebuję zbudować mostek H na tranzystorach (mam na razie 4 szt. BUK457 500B (9A, 500V)) do sterowania silnikiem DC 24V, 150W (konkretnie MY6812). Po uruchomieniu mostka chciałbym dodać sterowanie PWM.

Jeśli dobrze rozumiem, spadek napięcia na górnych tranzystorach bierze się stąd, że jest on po prostu wpięty szeregowo z urządzeniem (tu: z silnikiem) oraz dolnym tranzystorem ("po skosie") i tworzy się dzielnik napięcia. W załączonym schemacie jest taki problem, że dolny tranzystor jest załączony na maxa, a jego górny kolega - ma Vgs = 4,7 V, zatem ten ostatni stawia zapewne spory opór i jest wąskim gardłem.

Moje pytania:
1) Czy wmontowanie np. dwu P-kanałowych IRF5305PbF - rozwiąże problem?
2) Jeśli tak, czy w trakcie przełączania nie będzie kłopotu z tym, że przez kilka ms oba będą otwarte?
3) Czy zastosowanie zintegrowanego mostka w L293D i wyprowadznie na 4 tranzystory MOSFET byłoby ominięciem problemu (nie mogę użyć L293D bezpośrednio, bo Imax to 600mA, a w projektowanym układzie będzie ok. 10x tyle). Czy taki kolejny tranzystor nie na miesza przy 1kHz PWMie?
4) Czy istnieje inny sprytny sposób do realizacji takiego mostka na 4 takich samych tranzystorach?

Z góry dzięki za pomoc.

1- tak
2- trzeba wprowadzić czas martwy
3- Jeśli użyjesz 4 tranzystory N to nie
4 - tak HIP4081

Uważam że użycie tranzystorów BUK w tym układzie to pomyłka ze względu na dość duże Rds-on

alimoe napisał:

a czy w jakiś prosty sposób mogę zmienić to sterowanie, jakoś podciągnąć do nich większe napięcie? Chodzi mi tutaj o pominięcie właśnie tego typu układów jak HIP.

wstaw gotowa przetwornice step-up np. z popularnego portalu aukcyjnego koszt przetwornicy kilka złotych.

tos18 napisał:

1- tak
2- trzeba wprowadzić czas martwy
3- Jeśli użyjesz 4 tranzystory N to nie
4 - tak HIP4081

Uważam że użycie tranzystorów BUK w tym układzie to pomyłka ze względu na dość duże Rds-on

Dzięki ogromne za odpowiedź.

Re:Ad. 1 - jestem początkujący w zakresie tranzystorów, więc proszę wybaczyć takie pytanie: w schemacie z yt górny tranzystor, P-kanałowy jest odwrócony. Załączam screen oraz dla porównania wycinek z specyfikacji mojego P-Mosfeta. Wypadałoby zatem podpiąć dren jako wyjście (?). Wskazuje na to też prąd ze specyfiakacji podany jako ujemny.

Schemat układu z yt


Wyimek ze specyfikacji mojego P-MOSFETA (IRF5305)


Wyimek ze specyfikacji tranzystora użytego w ww. schemacie z yt, czyli FQP27P06:


Czy może ktoś wyjaśnić, jak to rozumieć? Wszystkie P-kanałowe tak mają? Przecież schemat ma diodę, więc nie bardzo może przewodzić wstecznie.

Re:Ad. 2 - Czas marwty? Poproszę wskazać choćby hasłowo wskazać, jak to zrobić. Czy np. dwie diody wpięte równolegle, ale przeciwstawnie, jedna szybka, druga wolna - załatwią sprawę?

Re:Ad. 3 - rozumiem, że odpowiedź oznacza:
tak, można użyć L293D,
nie, nie będzie kłopotu, o ile użyć 4 szt. N-MOSFETów

Dzięki jeszcze raz.

Pozdrawiam

Ad3 odpowiedź oznacza - będą problemy jeśli użyjesz czterech jednakowych mosfetów - powód to brak napięcia wystarczającego do otwarcia górnych kluczy
natomiast jeśli górne klucze były by typu P to pomysł jest ciekawy pod warunkiem ograniczenia Ugs - z L293 wyjdzie 24V (praktycznie tyle co zasilanie).

Z mosfetami N w mostku jest ten problem że górnym trzeba zapewnić napięcie na bramce wyższe od napięcia na źródle o napięcie potrzebne do pełnego otwarcia klucza (zwykle 10-15V - sprawdzić w datasheet konkretnego tranzystora).
A dla górnego klucza w stanie otwarcia napięcie na źródle będzie prawie równe zasilającemu.

W HIP4081 jest gotowa mini przetwornica i pompa ładunkowa zapewniająca odpowiednie napięcia.
.

Dzięki, ale potrzebuję jednak uniknąć dodatkowych komplikacji i dlatego chcę uniknąć sterownika. Dzięki za wyjaśnienie kwestii z L293D - jakoś przeoczyłem fakt, że to żadną miarą nie omija problemu górnych MOSFETów.

Mostek spiąłem wczoraj, jak na powyższym schemacie z yt (choć z silniczkiem 4,5V) i wszystko zadziałało. MOSFETy nawet po kilku minutach pracy są chłodne. Przełącza się jak trzeba. Zobaczymy, jak będzie przy silniku 150W.

Mam jednak trzy inne pytania do fachowca:
1) czy diody, (takie jak tu: http://mikrokontrolery.blogspot.com/2011/04/silnik-dc_14.html ), są konieczne? Jaka jest ich rola?
2) czy kondensator na zasilaniu jest konieczny? Jak go dobrać (parametry silnika to 150W, 24V) ?
3) Czy PWM może być wpięty do obwodu zasilania, a nie sterowania (układ AVT735) ?

Pozdrawiam

1- Rola ich jest opisana w artykule który wskazałeś, jeśli są wbudowane w tranzystory to nie.
2- poprawi jakość zasilania mostka. Na początek proponuję 2szt 470µF rónolegle
3- Nie rozumiem

Mam wrażenie że próbując uniknąć komplikacji komplikujesz układ.

Dzięki ponownie.

ad. 1 - a jak stwierdzić, czy dany tranzystor ma taką diodę?

mam 2 typy:
IRF5305
http://www.redrok.com/MOSFET_IRF5305_-55V_-31A_6mO_Vth-4.0_TO-220.pdf

BUK457-500B
http://pdf.datasheetarchive.com/datasheetsmain/Datasheets-112/DSAP0047995.pdf

W tym pierwszym jest coś o Body Diode, co by sugerowało, że zawiera diodę.
Ale rozumiem, że dodatkowa szybka dioda w układzie niczego nie popsuje?
A może z definicji każdy MOSFET ma diodę (na to wskazywałby schemat) ?

ad. 3 - impulsy do sterowania szerokością pasma mogą są generowane przez układ AVT735. Można go wpiąć jako sterowanie - czyli do obwodu bramka - źródło tranzystorów, albo jako zasilanie.

Pierwsze rozwiązanie ma taki plus, że nie obciąża układu, ale za to tranzystor zatyka się i nasyca setki razy / sek.

Drugie ma ten plus, że tranzystory są cały czas nasycone, ale układ dostaje trochę w tyłek. Jego obciążalność jednak wynosi 10A, więc chyba wytrzyma nawet prądy rozruchowe.

Co lepsze?

1 - spojrzeć na schemat w datasheet. Dodatkowa dioda nic nie popsuje.

3 - na każdym tranzystorze włączonym w szereg z obciążeniem (silnikiem) odłoży się jakieś napięcie z powodu Rds-on.

Narysuj oba układy i policz spadki napięć oraz moce tracone.
Zawsze jakiś tranzystor będzie się zatykał i otwierał setki razy/s

tos18,

dzięki jeszcze raz za pomoc. Dużo rozjaśniłeś.

Pozdrawiam

Zmontowałem i uruchomiłem zestaw na silniku 24V, 150W. Powstały kolejne problemy :-/

Największym z nich są złe napięcia na tranzystorach, zdecydowanie za wysokie. bazowałem na filmiku z yt "H Bridge Motor Speed Controller Tutorial".
https://youtu.be/iYafyPZ15g8?t=2m13s

Proponowany tam schemat bazuje na różnicy potencjałów bramka-dren, co uzyskuje za pomocą dzielnika napięcia 47 Ohm - 1 kOhm.


Ma jednak takie samo napięcie sterujące co zasilające, dlatego taki "numer przechodzi".

W moim przypadku obwód zasilający to 24V, a sterujący - max 12V.


Z tego powodu napięcia na górnych tranzystorach są zdecydowanie za wysokie (zamiast ok. -12V i -0,55V jak na filmiku jest odpowiednio ok. -24V i -13V), co powoduje otwarcie dwu górnych na raz. Zmontowany wedle tego schematu układ działa, silnik pracuje i zmienia kierunek, ale dolny N-MOSFET bardzo się grzeje. Co ciekawe, grzeje się ten, który aktualnie powinien być zatkany, a nie ten "pracujący".

Jak "pożenić" ze sobą takie 2 obwody o różnych napięciach?

Można "przesunąć" poziom diodą zenera C12 lub zastosować dzielnik napięcia i dodatkowy tranzystor małej mocy. Sprawdzi się to tylko przy niezbyt szybkim przełączaniu (pojemność bramki).

Ja nie łączył bym razem sterowania górnych i dolnych tranzystorów. Górne załączał bym "na stałe" zależnie od kierunku a dolne kluczował sygnałem PWM również zależnie od kierunku. Wówczas moc tracona podczas kluczowania odkłada się na jednym tranzystorze i szybkie przeładowywanie pojemności bramki musisz zapewnić tylko dolnym tranzystorom. Chyba że budujesz serwonapęd.

A mógłbyś choćby wrzucić poglądowy szkic Twoich propozycji? Chodzi mi o to "przesunięcie" diodą Zenera i o zastosowanie dzielnika napięcia.

Pozdrawiam

Myślałem o czymś takim.
Nie sprawdzi się gdy będziesz chciał szybko kluczować górne mosfety.

Po dłuższym czasie - ale dzięki za fatygę.

Pozdrawiam.

Ja w swoich regulatorach dwukierunkowych, używam mosfetow IRF4905 oraz IRF1405
Działają bardzo dobrze.