Mam nadzieję, że ten krótki tekst pomoże adeptom sztuki elektroniki w projektowaniu sterowania PWM, zarówno od strony programowej jak i sprzętowej.
Może choć w części odpowie na nurtujące niektórych początkujących pytanie: dlaczego mój mosfet się grzeje, chociaż nic nie robi?
Mój kolega miał kiedyś pewien problem z softem to sterowania PWM. Zaczynał wtedy swoją przygodę z elektroniką.
Wyposażony był w oscyloskop DS0138 i udało mu się zarejestrować następujące przebiegi:
Widać pojawiające się impulsy, pomimo teoretycznego wypełnienia 0%. Oczywiście jest to kwestia programowa którą łatwo dało się naprawić, ale pozostało pytanie: co się wtedy dzieje w układzie?
Zrobiłem kilka prób na biurku i poniższy tekst jest w większości kopią maila którego mu wtedy wysłałem.
Zasilanie: 32VDC
Obciążenie: rezystor drutowy 30Ω, 30W, indukcyjność 250 µH
Rezystor pomiarowy: 1Ω, 1W
Włączanie przez rezystor bramkowy Rg=620Ω, wyłączanie przez tranzystor NPN. Czyli układ podobny do stosowanego przez wielu...
Na początek włączanie traznzystora:
Kanał 1 - żółty - to napięcie na tranzystorze
Kanał 2 - niebieski (zielony?) - to prąd tranzystora
Kanał 3 - różowy - to napięcie na bramce
Na fioletowo moc wydzielana na tranzystorze(po prostu prąd pomnożony przez napięcie)
Widać od razu, że czas narastania napięcia na bramce jest dość duży, wynosi ok. 2 mikrosekundy, ale i tak moc się wydziela niewielka, jeśli się przyjrzeć, to można zobaczyć pik jakieś 2,5 W i tyle. Poza momentem przełączania moc wydzielana na tranzystorze to praktycznie 0. Prąd oscyluje przez jakiś czas. Napięcie na tranzystorze jest bardzo małe, więc moc wydzielana też jest znikoma.
Teraz wyłączanie:
Bramka rozładowuje się przez tranzystor bez żadnej dodatkowej rezystancji, więc szybko.
Pojawiają się oscylacje, które trwają jakieś 15 - 20 mikrosekund, a pierwszy pik mocy (ten w momencie wyłączania) ma ponad 8 W, drugi jeszcze ponad 4 W... W stanach ustalonych prawie 0.
Na koniec odpowiedź na impuls:
To jest odpowiedź na impuls o szerokości poniżej 1 mikrosekundy.
Tu sterowałem bramką bezpośrednio, nie przez NPN i rezystor, więc czas narastania napięcia na bramce jest mały.
Napięcie widać, że spada kiedy się tranzystor włącza, potem rośnie z pikiem i tylko troszkę oscyluje. Prąd ma pik ok 800 mA, potem oscyluje. A moc jak widać ma pik ok 5W a potem oscyluje przez jakieś 15 mikrosekund.
Ciekawe jest to, że moc tracona przy wyłączaniu jest mniejsza niż w poprzednim przypadku.
I przy włączaniu, i przy wyłączaniu straty są tylko w momencie przełączania.
Wnioski jakie się nasuwają po tych pomiarach są takie, że:
Straty w tranzystorze nie zależą wyłącznie od specyfikacji samego tranzystora, np jego Rdson.
PWM powinien mieć tak małą częstotliwość jak to tylko możliwe aby układ działał prawidłowo. Wyższe f powoduje tylko wyższe straty i niepotrzebne grzanie się mosfeta.
Dodatkowo nie należy niepotrzebnie zmniejszać wypełnienia - jeśli, na przykład, elektryczna hulajnoga z pasażerem nie rusza przy wypełnieniu, powiedzmy, poniżej 5%, to warto programowo uwzględnić ten fakt i startować od wartości progowej, poniżej której po prostu wyłączać sterowanie całkowicie.
Jako bonus włączanie tyrystora.
Układ badany:
i przebieg:
Przez pierwsze 2 mikrosekundy prąd rośnie a napięcie spada, moc w szczycie to jakieś 5,5 wata, a moc ustalona to ok 1,3 wata
Cool? Ranking DIY
