Przedstawiony poniżej opis dotyczy artykułu z Instructables, który krok po kroku opisuje jak zaprojektować mostek H dla silników prądu stałego o prądzie 40 A. Mostek ten ma zapewnić, oprócz kontroli kierunku obrotów, także sterowanie prędkością, dzięki modulacji PWM sygnału.
Autor zastrzega, że jest to pierwszy mostek H, jaki projektuje, więc może posiadać pewne wady oraz dziwne rozwiązania. Jeśli macie pomysły, jak zrobić to lepiej, napiszcie o nich poniżej.
Mostek H
Mostek H przełączać ma duże prądy, dlatego w jego konstrukcji zastosowano tranzystory MOSFET. W mostku znajdują się cztery takie tranzystory - Q1 - Q4, jak pokazano na schemacie. Tranzystory Q1 i Q3 tworzą dodatnią część mostka i muszą być wyposażone w tranzystory z kanałem typu P. Aby włączyć taki tranzystor, konieczne jest podanie na bramkę tranzystora napięcia o około 10 V mniejszego niż napięcie na źródle - w naszym przypadku 24 V. Z kolei tranzystory Q2 i Q4 muszą być z kanałem typu N; tego rodzaju tranzystory załącza się napięciem na bramce o 10 V większym niż napięcie źródła, czyli w naszym wypadku 0 V.
Jeśli załączymy Q1 i Q4, przy wyłączonych pozostałych tranzystorach, to prąd popłynie przez nie i przez silnik, który zacznie obracać się w jedną stronę. Jeśli teraz załączymy tranzystory odwrotnie - prąd popłynie przez silnik w drugą stronę, dzięki czemu silnik będzie obracał się w przeciwnym kierunku.
W kolejnym krok autor opisuje, jak mostek H zabezpieczyć należy diodami - przed napięciem indukującym się na uzwojeniu silnika w momencie jego hamowania. Na tym jednakże nie koniec dodawania zabezpieczeń do sterownika. W kolejnym kroku autor przedstawia, jak zabezpieczyć system przed stanami nieustalonymi na bramkach tranzystorów MOSFET. Dzięki temu nie włączą się one przypadkiem.
Kolejne zabezpieczenia, jakie dodaje do sterownika silnika autor, to układy logiczne, które kontrolują włączanie poszczególnych tranzystorów, dzięki czemu nie jest możliwe zwarcie mostka - załączenie dwóch tranzystorów po jednej stronie mostka H.
Dodatkowo autor zintegrował w układzie zabezpieczenie termiczne, system chłodzenia w postaci dwóch wentylatorów o regulowanych obrotach oraz interfejs do sterowania mostkiem z mikrokontrolera z wyjściami 5 V (mostek przewidziany jest do zasilania napięciem 24 V).
Finalnie, w artykule opisano, jak zaprojektować płytkę drukowaną do tego rodzaju mostka H, aby działał on poprawnie i bezawaryjnie.
W artykule znajduje się też dokładny opis, jak dobrać poszczególne elementy systemu do naszej konkretnej aplikacji, więc będzie on pomocny dla każdego, kto chciałby zaprojektować swój własny mostek H do sterowania nie tylko dowolnego rodzaju silnikiem DC, ale także np. silnikiem krokowym.
Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
About Author
ghost666ghost666
Translator, editor
Offline
Joined: 10 Jun 2003
Posts: 11090
Help: 157
Posts rating: 9405
Points: 122429
Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
ghost666 wrote 11090 posts with rating 9405, helped 157 times.
Live in city Warszawa.
Been with us since 2003 year.
Brakuje mi tu zabezpieczenia bramki poprzez diodę transil lub Zenera. Duża rezystancja w obwodzie sterowania bramką może powodować niechciane włączenie tranzystora będące skutkiem napięcia, które odłoży się na rezystorze, gdy przez pojemność pasożytniczą tranzystora zacznie płynąć prąd w skutek gwałtownych zmian prądu drenu. Napięcie to może też doprowadzić do przebicia bramki, a niechciane otwarcie obu tranzystorów prawdopodobnie skończy się rozerwaniem tranzystorów lub przepaleniem ścieżek lub przewodów.
A co jest jeszcze nie tak z tym projektem? Dodatkowo, jak zaznaczałem w tekście:
Quote:
Autor zastrzega, że jest to pierwszy mostek H, jaki projektuje, więc może posiadać pewne wady oraz dziwne rozwiązania. Jeśli macie pomysły jak zrobić to lepiej, napiszcie o nich poniżej.
- Warto zastosować na górze i na dole tranzystory typu N. Komplikuje to sprawę sterowania, ale mają one lepszy stosunek parametrów do ceny,
- Zastosowanie drivera MOSFET z izolacją galwaniczną dla dolnych i górnych tranzystorów. Pomaga to odseparować masy. Pomoże to też zabezpieczyć mikrokontroler w przypadku przebicia bramki. Driver o dużym prądzie przełączania skróci czas przełączania dużych tranzystorów. W przypadku dużych prądów warto wybrać sterowniki z active camp.
- Dodanie pomiaru prądu, nawet jeśli ma tylko wykrywać zwarcie na silniku,
- Warto pomyśleć o większym zapasie dopuszczalnego napięcia dren - źródło, ze względu na indukcyjny charakter odbiornika,
- Uwzględnienie czasów martwych w sterowaniu.
- Stosowanie pomp pojemnościowych lub przetwornic do zasilania driverów górnych tranzystorów z kanałem N, umożliwi to sterowanie ze 100% wypełnieniem. Stosując bootstrap trzeba co jakiś czas otwierać dolny tranzystor, alby kondensator mógł się naładować.
- W niektórych aplikacjach może być potrzebny gasik RC między drenem i źródłem tranzystorów.
Tyle teoria (mogłem ze względu na późną porę coś pominąć). W praktyce testowanie to co najmniej kilkanaście spalonych tranzystorów, a czasem i driverów.
W kolejnym krok autor opisuje, jak mostek H zabezpieczyć należy diodami, przed napięciem indukującym się na uzwojeniu silnika w momencie jego hamowania.
W czasie hamowania nie bedzie przepięć, pojawią się po otwarciu kluczy (wolny bieg lub regulacja PWM). Po co dawać dodatkowe diody, skoro już one są w tranzystorach?
W kolejnym krok autor opisuje, jak mostek H zabezpieczyć należy diodami, przed napięciem indukującym się na uzwojeniu silnika w momencie jego hamowania.
W czasie hamowania nie bedzie przepięć, pojawią się po otwarciu kluczy (wolny bieg lub regulacja PWM). Po co dawać dodatkowe diody, skoro już one są w tranzystorach?
Po pierwsze diody Schottkiego mają mniejsze napięcie przewodzenia, co ogranicza straty w czasie, gdy oba tranzystory w pół mostku nie przewodzą (w czasie martwym). Po drogie są dużo szybsze niż diody które są w tranzystorze (nie są to specjalnie dodawane diody, a wynikają one z budowy tranzystora)
W kolejnym krok autor opisuje, jak mostek H zabezpieczyć należy diodami, przed napięciem indukującym się na uzwojeniu silnika w momencie jego hamowania.
W czasie hamowania nie bedzie przepięć, pojawią się po otwarciu kluczy (wolny bieg lub regulacja PWM). Po co dawać dodatkowe diody, skoro już one są w tranzystorach?
Po pierwsze diody Schottkiego mają mniejsze napięcie przewodzenia, co ogranicza straty w czasie, gdy oba tranzystory w pół mostku nie przewodzą (w czasie martwym). Po drogie są dużo szybsze niż diody które są w tranzystorze (nie są to specjalnie dodawane diody, a wynikają one z budowy tranzystora)
Porównywałem kiedyś L298 z L620x, A495x i podobnymi. Ze schematów wewnętrznych tych układów ciężko wywnioskować, czy te z tranzystorami MOS mają diody robione specjalnie czy są pasożytnicze. Może to to "podrasowane" pasożytnicze? Jeśli jednak są to dodatkowe struktury, to dlaczego w L298 nie dało ich umieścić? Może bariera technologiczna, L298 to stara konstrukcja.
ghost666 koledzy wyżej wyczerpali zagadnienie. Temat ciekawy dla początkujących, którzy nie słyszeli o mostku H. Co bardziej ogarnięci i nauczeni myśleć analogowo znajdą sami w głowie dodatki do podstawowej aplikacji układu. Ci, których w/w problemy związane z mostkiem przerosną będą wpisywać w google frazy typu " jak sterować silnikiem w przód i w tył?". Dla nich można temat rozwinąć o owe modyfikacje.
Cześć uwag kolegów jest jak najbardziej słuszna, jednak można odnieść wrażenie, że każdy zna idealny układ mostka H i trzyma go w głowie nie chcąc zapewne nim sie podzielić publicznie. Jakiś czas temu poświęciłem dużo czasu na przeglądnięcie pod tum kątem elektrody i nie znalazłem schematu który byłby ok, do każdego były uwagi, ale niestety o charakterze ogólnym, na prośby autorów wątków w znakomitej większości nie doczekali sie konkretów. Myśle, ze to dobra okazja do tego, aby koledzy którzy sie na tym znają, wrzucili poprawne i bardzo dobrze zabezpieczone schematy, myśle, ze wtedy uniknie sie takich dyskusji, a zainteresowani bedą mieli dobre zródło wiedzy i nie bedą popełniać błędów.
Nie dziwię się zaistniałej sytuacji. O ile sterownik na małe prądy można kupić zintegrowany i tylko przenieść jego aplikację na docelowe PCB to sterownik na 40 A czy 200 A to już inna bajka. Miałem okazję rozmawiać z producentem sterowników na takie prądy. Czas dopracowywania projektu, który nie miał wszystkich wspomnianych zabezpieczeń to około 3 lata.
Po co dawać dodatkowe diody, skoro już one są w tranzystorach?
hv222 wrote:
Po pierwsze diody Schottkiego mają mniejsze napięcie przewodzenia, co ogranicza straty w czasie, gdy oba tranzystory w pół mostku nie przewodzą (w czasie martwym). Po drogie są dużo szybsze niż diody które są w tranzystorze (nie są to specjalnie dodawane diody, a wynikają one z budowy tranzystora)
Stosowanie diod Schottky'ego w takich układach jest ze wszech miar wskazane. Niekoniecznie powodem są mniejsze straty, chociaż jest to jakiś "bonus" w pakiecie. Głównie chodzi o to, że w diodach Schottky'ego nie występuje zjawisko "reverse recovery" tak jak w diodach ze złączem p-n. Zjawisko to powoduje powstawanie dość stromych szpilek prądowych i w konsekwencji generowanie nieprzyjemnych i trudnych do opanowania zakłóceń o dużej zawartości harmonicznych. W diodach Schottky'ego podczas wyłączania również występuje pewien pik prądu wynikający z konieczności przeładowania pasożytniczych pojemności montażowych, ma jednak znacznie mniejszą energię i jest korzystnie "rozdeptany".
Od dość dawna produkuje się elementy pod tytułem "Mosfet plus Schottky Combo", od jakiegoś czasu producenci oferują tranzystory mosfet, które mają "integrated Schottky - like diode".
Hej, wrzucałem kiedyś coś co odpowiada części postawionym tu wymaganiom ... Co prawda celem było sterowanie modułem peltiera, lecz bez problemu mógłby sterować silnikiem DC
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3078409.html Jestem pewien że nie ustrzegłem się błędów - ale sterowanie jest troszkę bardziej rozbudowane.
Jak tu w przypadku spadku napięcia na wyjściu mostka? np. jeżeli mamy na wejściu 24V to ile będziemy mieli na silniku DC?
Spadki na MOSFETach są niewielkie i zależą od konkretnego układu i prądu, jaki płynie przez silnik.
Jeśli mamy Rds(on) FETa na poziomie 0,1 Ω (to jest dosyć dużo, są FETy mające 100 razy mniej) i prąd silnika na poziomie, powiedzmy, 1 A to spadek napięcia wyniesie 0,2 V (bo są dwa tranzystory po drodze).
Jeśli mamy pomiar prądu w mostku, to jeszcze doliczmy do tego spadek napięcia na tym oporniku - pewnie koło 100 mV.
Niestety też uważam że to jest artykuł o tym jak nie projektować mostków.
Ale skoro jest pytanie jak to lepiej zaprojektować, to proszę bardzo:
Ogólnego działania nie będę opisywał bo jest ono znane. Opiszę tylko to co jest kluczowe, i opiszę tylko lewą stronę mostka (prawa strona jest taka sama).
Przede wszystkim sterowanie jest ze specjalnych driverów MOSFETów. Ja użyłem IR2104 ale to dość stary projekt i dzisiaj lepiej je podmienić na coś lepszego, przy okazji wywalając komplementarne wtórniki emiterowe na tranzystorach NPN+PNP.
W każdym razie u mnie są te wtórniki i są zbudowane z tranzystorów BC807/BC817.
Zapewniają one prądy sterujące do 1A.
Diody D14 i D16 zapewniają szybsze rozładowywanie bramek niż ładowanie tych bramek.
Ważną funkcję pełni rezystor R10 i dioda D4. Indukcyjności połączeń wysokoprądowych pomiędzy tranzystorami T17 i T19 powodują powstawanie szpilek które mogą być trudne do wyeliminowania. Można to minimalizować odpowiednim projektem PCB ale może to być niemożliwe na płytce 2-warstwowej.
Niewyeliminowane szpili dostawały by się na pin VS układów IR2104 i paliły by je.
Rezystor D10 i dioda D4 ogranicza szpilki na pinie VS do poziomu -1V co jest dla tego układu bezpieczne (wytrzymuje maksymalnie -6V).
Ze względu na obecność rezystora R10 przez który płynie również prąd sterujący bramką tranzystora T17, w gałęzi sterującej bramką tranzystora T17 nie ma rezystora pomiędzy R8 a bramką (takiego jaki jest pomiędzy R24 i bramką T19, czyli rezystora R2).
Żeby była jasność:
Bramka T19 ładuje się przez R34 + R2. Rozładowuje się przez R2 + D16.
Bramka T17 ładuje się przez R8 + R10 (z tym że R10 jest dopiero za tranzystorem T17). Rozładowuje się przez R1 + D16.
Jako T17 i T19 użyte są IRF1404. Dla napięć 24V i wyższych trzeba użyć innych. Np. IRFB7440.
Prąd zwarcia silnika jest wykrywany na kawałku ścieżki prądowej na masie. Odpowiednio wysokie napięcie na C74 (ten kondensator filtruje krótkie szpilki zakłóceń) wyzwala przerzutnik na komparatorze LM211. Przerzutnik ma histerezę. Rezystory są tak dobrane żeby przerzutnik zatrzasnął się.
Czyli po zaniku prądu zwarcia przerzutnik ciągle będzie w stanie zatrzaśnięcia (ze stanem niskim na wyjściu).
Wyjście przerzutnika (za pośrednictwem D27) jest podłączone do wejść SD układów IR2104 (szyna o nazwie SD_1). Stan niski wyłącza te układy.
Zabezpieczenie działa więc zupełnie niezależnie od mikrokontrolera sterującego mostkiem.
Dodatkowo za pośrednictwem R70 sygnał jest przekazywany do mikrokontrolera (szyna o nazwie FAULT_STOP_1). R70 uniezależnia działanie komparatora od działania mikrokontrolera (pomyłkowe ustawienie pinu mikrokontrolera na wyjście i podanie stanu niskiego czy wysokiego nic nie zmienia w działaniu komparatora).
Dioda D26 służy do resetowania zatrzaśniętego komparatora. Jednak odtrzaskiwanie komparatora nie może być całkowicie wymuszone. Jeżeli zwarcie ciągle trwa to próba odtrzaśnięcia spali mostek. Dlatego też dodany jest tranzystor T27.
Podczas odtrzaskiwania utrzymuje on stan niski na wejściach SD układów IR2104 (a dioda D27 pozwala wyjściu komparatora odtrzasnąć się, mimo stanu niskiego za tą diodą D27).
Taki dziwny układ pozwala odtrzasnąć układ bez ryzyka spalenia tranzystorów gdy zwarcie ciągle trwa.
Układ zostanie odtrzaśniety nawet przy zwarciu, ale tranzystor T27 utrzyma drivery MOSFETów w stanie wyłączenia. Zdjęcie sygnału oidtrzaskującego spowoduje uwolnienie komparatora (czyli gdy zwarcie będzie trwało to zatrzaśnie się on ponownie). Dodatkowo wykorzystywana jest "wada" tranzystorów BJT w postaci długiego wychodzenia z nasycenia. Dzięki temu po zdjęciu sygnału odtrzaskującego tranzystor jeszcze przez chwilę utrzymuje stan niski na liniach SD układów IR2104. Dzięki temu włączenie driverów nastąpi trochę później niż odtrzaśnięcie się komparatora. Będzie więc on mógł wykryć zwarcie na świeżo (najpierw przygotowanie komparatora, potem włączenie prądu zwarcia, a nie włączanie komparatora podczas już trwającego zwarcia).
Dzięki temu impulsy odtrzaskujące od mikrokontrolera mogą mieć dowolny czas trwania. Mikrokontroler może się zawiesić. Itp. I nic to nie zmieni w działaniu zabezpieczenia. Zawsze będzie ono działało prawidłowo.
A żeby to całe zabezpieczenie działało jest jeszcze cewka L1. Dzięki niej po wystąpieniu zwarcia prąd nie narasta od razu do ogromnych wartości. Narasta on z szybkością kilkadziesiąt A/us. Komparator LM211 ma czas reakcji jakieś 200ns (trzeba też wziąć pod uwagę czas propagacji sygnału przez układu IR2104 oraz czas wyłączania się MOSFETów). Zdąży więc wyłączyć układy IR2104 zanim prąd narośnie do wartości ponad 100A.
W cewce zgromadzi się jednak duża energia, którą po wyłączeniu mostka trzeba gdzieś wydzielić. Inaczej powstało by przepięcie które spaliło by MOSFETy. Do wydzielenia tej energii służy dioda D10 (działa to tak jak diody które się daje przy cewkach przekaźników).
Do zasilania całości potrzeba dużej baterii kondensatorów. Wynika to z faktu że kondensatory mają ograniczony prąd pracy. Nie widziałem żeby ktoś stosował takie rozwiązanie. We wszystkich urządzeniach widzę po jednym kondensatorze (czy to w sterownikach silników czy zasilaczach np. komputerowych) i to jakoś działa.
No ale ja chciałem zrobić zgodnie ze sztuką więc użyłem aż dwudziestu kondensatorów.
Najlepsze kondensatory elektrolityczne jakie znalazłem były na prąd ze 2A, więc do uzyskania prądu 40A potrzeba ich 20 sztuk. Dodatkowo są użyte 2 kondensatory foliowe 1uF.
Całość ma ogromny prąd rozruchu (ładowanie kondensatorów) więc jest jeszcze układ płynnego startu zasilania na przekaźniku PK1 i rezystorze R6.
Przekaźnik jest załączany mikrokontrolerem.
U mnie mikrokontroler mierzył napięcie na kondensatorach (+12_1B) za pomocą ADC i załączał przekaźnik po uzyskaniu napięcia 11V.
R6 ma taką moc żeby wytrzymał ciągłe ładowanie kondensatorów (czyli ich zwarcie i niemożliwość ich naładowania).
Napięcie zasilania 12V jest trochę za niskie do sterowania MOSFETów.
Gdyby ktoś robił układ na 24V to niech do zasilania driverów IR2104 użyje stabilizatora 7818 albo 7815, a nie 7812.
Ważny jest też projekt PCB.
Przede wszystkim ścieżki prądowe powinny być maksymalnie grube. Masa najlepiej jak będzie dużą płaszczyzną.
Warstwa Top wygląda to tak:
Czyli praktycznie jest to jedna płaszczyzna masy. To dość nietypowy sposób projektowania. Często potępiany tu na forum. Piszą że po to są dwie warstwy żeby te dwie wykorzystać. Że tu warstwa jest zajęta i nie ma na niej ścieżek (czyli marnuje się). Nic bardziej mylnego. Warstwa ta jest masą, czyli właśnie taką ogromną ścieżką. Masa jest najczęściej używanym połączeniem. Więc jest to mega ścieżka używana przez całą płytkę. Nic się więc nie marnuje.
Na tym printscreenie zaznaczyłem też zielonym kreskowaniem ścieżkę pomiarową prądu na masie.
Warstwa Bottom wygląda tak:
I tu mały opis:
+12V po przejściu przez przekaźnik trafia na baterię kondensatorów. To też musi być duże pole miedzi.
Prąd masy z dolnych tranzystorów płynie przez ścieżkę pomiarową masy. Płynie przez nią też prąd sterujący bramkami.
Zasada projektowania jest taka żeby pętle prądu były jak najmniejsze. Skoro ścieżka prądu ma określony kształt (nie jest to ciągła masa tylko ścieżka o wyprofilowanym kształcie), to prąd sterujący bramkami MOSFETów musi płynąć nad tą ścieżką. Czyli też musi być odpowiednio wyprofilowany.
Dlatego ścieżki sterujące dolnymi MOSFETami nie idą najkrótszą drogą, lecz drogą o najmniejszych zakłóceniach. Czyli właśnie nad ścieżką pomiarową prądu na masie. To są te 3 ścieżki idące wzdłuż zielonej linii na rysunku. Zielona linia to właśnie kierunek płynięcia prądu sterującego.
Dodatkowo wtórniki emiterowe powinny być jak najbliżej MOSFETów.
Dlatego też wtórnik lewego układu IR2104 nie znajduje się przy tym układzie. Widać że ścieżka przechodzi od układu IR2104 pod drugim układem. I dopiero tam jest wtórnik:
Na czerwono zaznaczyłem ścieżkę, a czerwonym prostokątem 2 wtórniki emiterowe. Takie umieszczenie ma też dodatkową zaletę że te dwa wtórniki są obok siebie a więc jest łatwiej je zasilić (oba wymagają tego samego napięcia zasilania 12...18V).
Górne MOSFETy to zupełnie inna historia. Są one niezależne i każdy ma sterowanie pływające (Floating High-Side). Zatem te górne wtórniki są bezpośrednio przy układach IR2104. A ścieżki sterujące idą najkrótszą drogą do MOSFEtów (prądy sterujące górnych tranzystorów nie płyną przez masę więc nie muszą iść nad ścieżką masy).
Przy czym ważniejsze jest optymalizowanie połączeń obciążenia niż połączeń sterujących bramkami. Niestety w takiej wersji chłodzenia (osobne radiatory dla każdego tranzystora) było to niemożliwe do zrobienia. Więc optymalizowałem tylko połączenia sterujące. Lepiej by było wszystkie tranzystory dać na jednym radiatorze (choć wymagało by to podkładek izolujących) i wtedy mogły by być znacznie bliżej siebie i zmniejszyło by to pętle prądu obciążenia.
Dodatkowo układ zabezpiecza tylko przed zwarciem silnika (albo zwarciem jednej z końcówek silnika do VCC) nie zabezpiecza za to przez zwarciem końcówek silnika do GND.
Więc ten układ całkiem dopracowany jeszcze nie jest. Ale na pewno jest lepszy niż wiele innych jakie widziałem w internecie.
W razie pytań mogę udostępnić projekt z EDA.
Projekt udostępniam na licencji X11. Czyli dowolne wykorzystanie, w tym komercyjne.
W załączniku mały filmik z działania trochę słabszej wersji (20A, ale na 24V). To taki robot o napędzie gąsiennicowym (na filmiku jeszcze bez założonych gąsiennic). Masa około 140kg (4 akumulatory 6V po 30kg + konstrukcja + 2 silniki do rowerów elektrycznych z przekładniami). Całkiem zwinne jak na tak ciężkie cudo (ręką nie dało rady nadać takiego przyspieszenia czy tak szybko tego obrócić).
atom1477 fajnie że podzieliłeś się, powiedz proszę dlaczego nie masz diod na tranzystorach? Zastosowanie ich zabezpieczyło by przed indukowanymi napięciami z cewek zarówno mosfety jak i drivery. Nie byłoby konieczności zabezpieczania pinu Vs (D4, R10). W obecnej sytuacji same mosfety są bardzo słabo zabezpieczone. Dobrze myślę?
Źle myślisz. Praktycznie wszystkie MOSFETy mają w sobie takie diody.
Przepięcia o których mówisz to są inne przepięcia niż te na pinach VS.
Zewnętrzne diody można dodać aby zminimalizować straty na tych wewnętrznych w MOSFETach. Czasami się tak robi a czasami nie. Trzeba porównać parametry wbudowanych diod do diod które byśmy dawali na zewnątrz.
Diody w MOSFETach są diodami pasożytniczymi i nie muszą mieć dobrych parametrów. Ma to znaczenie w falownikach na wysokie napięcie albo w układach o wysokich częstotliwościach (kilkaset kHz). Przy czym złe parametry diod nie oznaczają gorszego zabezpieczenia. Zabezpieczenie będzie tak samo dobre, większe tylko będą straty mocy (czyli sprawność będzie mniejsza).
Jednak producenci udoskonalaną MOSFETy, w tym te pasożytnicze diody w nich. Dzisiejsze MOSFETy mają te pasożytnicze diody o całkiem dobrych parametrach.
Dlatego przy użyciu nowych modeli MOSFETów w układzie na dość niskie napięcie i częstotliwości pracy rzędu max 20...40kHz nie ma sensu ich dawać.
Przy czym mówię o sterowaniu synchronicznym, czyli otwieraniu MOSFEtów w tych gałęziach gdzie płynęły by prądy przez diody. Wtedy MOSFETy przejmują prądy diod (a diody przewodzą jedynie w czasie deadtimów w sterowaniu MOSFETów).
Przy sterowaniu niesynchronicznym (które uważam za błąd, bo nawet przy dołożeniu zewnętrznych diod Shottky'ego będą na nich straty mocy wielokrotnie większe niż na MOSFETach) diody trzeba by dać. Tylko właśnie tak jak mówię będą wtedy problemy ze stratami mocy czyli z chłodzeniem tych diod.
Na pewno nie mają sensu diody 1N5822 jakie wstawione zostały w projekcie z tytułowego postu. Gdyby naprawdę MOSFETy nie miały własnych diod to te diody 1N5822 nie wytrzymały by pracy w takim mostku.
Bo chodzi o szpilki powstające na ścieżkach prądowych poza MOSFETami. One mogą mieć kilkadziesiąt V.
Jest to wyjaśnione tutaj:
http://www.irf.com/technical-info/designtp/dt04-4.pdf Indukcyjności LL i LH na rysunku 5.
I rozwiązanie na rysunku 13.
Jak wygląda sprawa z tranzystorami MOSFET wykonanych z azotku galu w sterownikach silników? Producenci zachwalają ich parametry, jednak sterowanie bramką ze względu na niskie napięcie przebicia czy specyficzna obudowa mogą stwarzać problemy w praktyce.
Jak wygląda sprawa z tranzystorami MOSFET wykonanych z azotku galu w sterownikach silników? Producenci zachwalają ich parametry, jednak sterowanie bramką ze względu na niskie napięcie przebicia czy specyficzna obudowa mogą stwarzać problemy w praktyce.
Faktycznie dziwna obudowa. Myślałem że chodzi o jakąś taką jak TO263-Leadless która na jakiś sposób też jest dziwna.
Ale bez przesady. Da się to polutować w warunkach domowych.
Tranzystory nadają się do sterowania silnikami. Jednak trzeba je sterować z odpowiednich driverów. IR2101 + wtórniki emiterowe odpadają. Trzeba coś co od razu ma wydajność z 1A i jest z wtórnikami FET na wyjściach (żeby uzyskiwać napięcie prawie równe GND i VCC, bez spadku o 0.7V jaki jest na wtórnikach emiterowych).
No i trzeba by policzyć moc strat. 3mΩ to już 4.8W strat przy 40A. Więc akurat ten konkretny tranzystor nadaje się tylko do sterowania silników o wyższym napięciu ale niższym prądzie (i trochę się będzie marnował, skoro jest na 90A a wykorzystamy tylko np. 10A).
Ja bym chyba raczej wolał użyć tranzystorów krzemowych takich jak OptiMOS. Mają RDSon poniżej 1mΩ co pozwala uzyskać bardzo małe straty mocy. Można by na nich zbudować mostek 40A praktycznie nie wymagający chłodzenia.
Np. taki:
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IPT007...n.pdf?fileId=db3a30433e9d5d11013e9e4618320118 Ma RDSon 0.75Ω więc przy 40A miał by tylko 1.2W mocy strat. Tyle powinien wydzielić bezpośrednio przez promieniowanie z obudowy i przewodzenie do płytki drukowanej.
Chyba wypadają gorzej niż OptiMOS.
Niższe napięcie DS a wyższa rezystancja RDSon.
Większy problem z montażem.
Cena podobna.
Czyli lepiej użyć OptiMOSów.
Widzę w nich jednak plusy - mała obudowa - można bliżej dać kondensatory, choć koszt PCB pewnie większy. Dodatkowo mniejszy ładunek bramki i zerowy Qrr w aplikacjach z szybkim przełączaniem kluczy (przetwornice) może nadrobić stratę związaną z wyższym RDSon. Mają jednak większy prąd upływu bramki, co trzeba wziąć pod uwagę. Przy sterowaniu silników w mostku H raczej straty związane z RDSon mogą być większe, z uwagi na stosunkowo niską częstotliwość kluczowania.
