Poniżej typowa konfiguracja mostka H do sterowania np. prędkością i kierunkiem wirowania silnika DC:
Tranzystory IRF4905 mogą się w takim układzie nadmiernie nagrzewać,
poniżej powody nadmiernych strat mocy:
1. Niedostateczna amplituda przebiegów sterujących na A0 i A1.
Jeżeli napięcie V+ wynosi 12V, to napięcie sterujące bramkami (podawane na węzły A0 i A1) też musi mieć taką amplitudę. Po podaniu 12V, w pełni załączy się tranzystor z kanałem N (dolny), a ten z kanałem P (górny) zostanie całkowicie zatkany. Odwrotnie, podanie napięcia 0V zatka dolny tranzystor, za to w pełni otworzy górny.
Jeżeli napięcie sterujące pochodziłyby z mikrokontrolera i miałoby amplitudę np. 5V, to górny tranzystor będzie przewodził cały czas. Jeżeli na wejściu będzie 5V, to jego napięcie bramka-źródło wyniesie -7V, a jeżeli na wejściu będzie 0V, to napięcie bramka-źródło zmieni się na -12V. Napięcie progowe tego tranzystora to -4...-2V, więc może cały czas przewodzić prąd o wysokim natężeniu. W efekcie ulega uszkodzeniu... Poza właściwymi poziomami napięć sterujących bramkami tranzystorów w bardziej skomplikowanych i efektywnych sterownikach można uwzględnić czas martwy, który zapewni brak możliwości jednoczesnego przewodzenia (nawet częściowego otwarcia) tranzystora górnego i dolnego.
2. Zbyt wolne przeładowywanie pojemności bramek tranzystorów.
Przy każdym przełączeniu układ sterujący bramkami musi przeładować bramki zarówno górnego, jak i dolnego tranzystora. IRF4905 jest tranzystorem, który ma całkiem sporą pojemność wejściową bramki równą 3400pF. Dla porównania współpracujący z nim BUZ11 ma 1500pF, ale tranzystorom z kanałem typu N łatwiej jest osiągać niższe pojemności wejściowe. Dzieje się to dzięki większej ruchliwości elektronów w stosunku do dziur, które są nośnikami większościowymi w kanale typu P.
Układ sterujący musi zatem mieć odpowiednią wydajność prądową, aby tę pojemność kilku nanofaradów przeładować możliwie szybko. W momencie przełączania otwarte są oba tranzystory (w różnym stopniu, ale są), przez co przez krótką chwilę robią zwarcie na linii zasilania. Im krócej ono potrwa, tym mniejsza moc się na nich wydzieli. Stosowanie układów sterujących typu otwarty kolektor i rezystor połączony z V+ powoduje, że górny tranzystor jest wyłączany bardzo wolno, ponieważ jego pojemność wejściowa jest rozładowywana przez rezystor pull up połączony z V+. Dolny tranzystor jest wyłączany przez nasycający się tranzystor układu OC, co trwa zdecydowanie krócej. Dlatego lepiej stosować dedykowane sterowniki tranzystorów MOSFET, jak TC4426 i wiele innych. Mają wysoką wydajność prądową i są w stanie szybko przełączyć oba tranzystory MOSFET.
Można też wymienić IRF4905 na inny tranzystor, np. AOD413A, który ma 3 razy mniejszą pojemność wejściową - jeżeli, oczywiście, pozostałe parametry elementu zastępczego są wystarczające.
3. Zbyt wysoka rezystancja RDSon.
IRF4905 ma rezystancję w pełni otwartego kanału na poziomie 20mΩ. Jeżeli płynie przez niego prąd o natężeniu 1A, wydzielana na nim moc to:
P = I² · RDSon = (1A)² · 20mΩ = 20mW
Ale jeżeli prąd ten ma natężenie 10 razy większe, ponieważ mostek H steruje silnikiem większej mocy, to moc strat wzrasta 100 razy:
P = I² · RDSon = (10A)² · 20mΩ = 2W
Taka moc strat wymaga zastosowania radiatora, element bez dodatkowego odprowadzania ciepła może się uszkodzić. To są straty wynikające jedynie z przewodzenia, a należy jeszcze uwzględnić straty wynikające z przełączania. Im wyższa częstotliwość przełączeń, tym więcej będzie strat spowodowanych nimi. Częstotliwość PWM nie warto zwiększać nadmiernie, lepiej ją ograniczyć.
Podczas rozłączania prądu płynącego przez indukcyjność mogą pojawić się przepięcia o znacznej wartości, które mogą uszkodzić tranzystory oraz generować zakłócenia, należy stosować diody tłumiące przepięcia, parametry tych diod muszą być odpowiednie do sterowanej indukcyjności czyli dioda musi mieć odpowiedni prąd przewodzenia, napięcie, a także szybkość działania.
Tranzystory IRF4905 mogą się w takim układzie nadmiernie nagrzewać,
poniżej powody nadmiernych strat mocy:
1. Niedostateczna amplituda przebiegów sterujących na A0 i A1.
Jeżeli napięcie V+ wynosi 12V, to napięcie sterujące bramkami (podawane na węzły A0 i A1) też musi mieć taką amplitudę. Po podaniu 12V, w pełni załączy się tranzystor z kanałem N (dolny), a ten z kanałem P (górny) zostanie całkowicie zatkany. Odwrotnie, podanie napięcia 0V zatka dolny tranzystor, za to w pełni otworzy górny.
Jeżeli napięcie sterujące pochodziłyby z mikrokontrolera i miałoby amplitudę np. 5V, to górny tranzystor będzie przewodził cały czas. Jeżeli na wejściu będzie 5V, to jego napięcie bramka-źródło wyniesie -7V, a jeżeli na wejściu będzie 0V, to napięcie bramka-źródło zmieni się na -12V. Napięcie progowe tego tranzystora to -4...-2V, więc może cały czas przewodzić prąd o wysokim natężeniu. W efekcie ulega uszkodzeniu... Poza właściwymi poziomami napięć sterujących bramkami tranzystorów w bardziej skomplikowanych i efektywnych sterownikach można uwzględnić czas martwy, który zapewni brak możliwości jednoczesnego przewodzenia (nawet częściowego otwarcia) tranzystora górnego i dolnego.
2. Zbyt wolne przeładowywanie pojemności bramek tranzystorów.
Przy każdym przełączeniu układ sterujący bramkami musi przeładować bramki zarówno górnego, jak i dolnego tranzystora. IRF4905 jest tranzystorem, który ma całkiem sporą pojemność wejściową bramki równą 3400pF. Dla porównania współpracujący z nim BUZ11 ma 1500pF, ale tranzystorom z kanałem typu N łatwiej jest osiągać niższe pojemności wejściowe. Dzieje się to dzięki większej ruchliwości elektronów w stosunku do dziur, które są nośnikami większościowymi w kanale typu P.
Układ sterujący musi zatem mieć odpowiednią wydajność prądową, aby tę pojemność kilku nanofaradów przeładować możliwie szybko. W momencie przełączania otwarte są oba tranzystory (w różnym stopniu, ale są), przez co przez krótką chwilę robią zwarcie na linii zasilania. Im krócej ono potrwa, tym mniejsza moc się na nich wydzieli. Stosowanie układów sterujących typu otwarty kolektor i rezystor połączony z V+ powoduje, że górny tranzystor jest wyłączany bardzo wolno, ponieważ jego pojemność wejściowa jest rozładowywana przez rezystor pull up połączony z V+. Dolny tranzystor jest wyłączany przez nasycający się tranzystor układu OC, co trwa zdecydowanie krócej. Dlatego lepiej stosować dedykowane sterowniki tranzystorów MOSFET, jak TC4426 i wiele innych. Mają wysoką wydajność prądową i są w stanie szybko przełączyć oba tranzystory MOSFET.
Można też wymienić IRF4905 na inny tranzystor, np. AOD413A, który ma 3 razy mniejszą pojemność wejściową - jeżeli, oczywiście, pozostałe parametry elementu zastępczego są wystarczające.
3. Zbyt wysoka rezystancja RDSon.
IRF4905 ma rezystancję w pełni otwartego kanału na poziomie 20mΩ. Jeżeli płynie przez niego prąd o natężeniu 1A, wydzielana na nim moc to:
P = I² · RDSon = (1A)² · 20mΩ = 20mW
Ale jeżeli prąd ten ma natężenie 10 razy większe, ponieważ mostek H steruje silnikiem większej mocy, to moc strat wzrasta 100 razy:
P = I² · RDSon = (10A)² · 20mΩ = 2W
Taka moc strat wymaga zastosowania radiatora, element bez dodatkowego odprowadzania ciepła może się uszkodzić. To są straty wynikające jedynie z przewodzenia, a należy jeszcze uwzględnić straty wynikające z przełączania. Im wyższa częstotliwość przełączeń, tym więcej będzie strat spowodowanych nimi. Częstotliwość PWM nie warto zwiększać nadmiernie, lepiej ją ograniczyć.
Podczas rozłączania prądu płynącego przez indukcyjność mogą pojawić się przepięcia o znacznej wartości, które mogą uszkodzić tranzystory oraz generować zakłócenia, należy stosować diody tłumiące przepięcia, parametry tych diod muszą być odpowiednie do sterowanej indukcyjności czyli dioda musi mieć odpowiedni prąd przewodzenia, napięcie, a także szybkość działania.
Cool? Ranking DIY
Zwarcie w lewym półmostku i wyłączony prawy półmostek.
