Arrencada de pont H

L’arrencada inicial és un aspecte crucial que trobareu a totes les xarxes de pont H o pont complet amb mosquetes de canal N.

És un procés en el qual els terminals de porta / font dels mosfets laterals elevats es commuten amb una tensió almenys 10V superior a la seva tensió de drenatge. És a dir, si el voltatge de drenatge és de 100 V, la tensió efectiva de la porta / font ha de ser de 110 V per tal de permetre la transferència completa del 100 V des del desguàs a la font del mosfet lateral alt.

Sense arrencada instal·lar una topologia de pont H amb mosquetes idèntics simplement no funcionarà.

Intentarem entendre els detalls mitjançant una explicació pas a pas.

Una xarxa d’arrencada només és necessària quan els 4 dispositius del pont H són idèntics a la seva polaritat. Normalment es tracta de mosquetes de canal n (4 canals p mai s’utilitzen per motius obvis).

La imatge següent mostra una configuració estàndard de pont H de canal n

La funció principal d'aquesta topologia de mosfet és canviar la 'càrrega' o el transformador primari en aquest diagrama, de manera basculant. És a dir, per crear un corrent altern push-pull a través del bobinat del transformador connectat.

Per implementar això, els mosquetets disposats en diagonal s’encenen i s’apaguen simultàniament. I això es fa alternativament per als parells diagonals. Per exemple, els parells Q1 / Q4 i Q2 / Q3 estan activats / apagats junts alternativament. Quan Q1 / Q4 està ACTIVAT, Q2 / Q3 està DESACTIVAT i viceversa.

L'acció anterior obliga el corrent a canviar alternativament la seva polaritat a través del bobinat del transformador connectat. Al seu torn, això provoca que l'alta tensió induïda a través del secundari del transformador també canviï la seva polaritat, produint la sortida de CA o alterna prevista al costat secundari del transformador.

Què són els mosquetons laterals baixos?

Els Q1 / Q2 superiors s’anomenen mosquetets laterals alts i els Q3 / Q4 inferiors els mosquetets laterals baixos.

El mosfet lateral baix té els seus cables de referència (terminals font) adequadament connectats amb la línia de terra. No obstant això, el mosfet lateral alt no té accés directament a la línia de terra de referència, sinó que està connectat al transformador primari.

Sabem que el terminal 'font' d'un mosfet o l'emissor d'un BJT ha d'estar connectat a la línia de terra comuna (o la línia de referència comuna) per tal de permetre que pugui conduir i canviar una càrrega normalment.

En un pont en H, atès que els mosquetes laterals alts no poden accedir directament al terreny comú, es fa impossible activar-los de manera efectiva amb una porta normal CC (Vgs).

Aquí és on sorgeix el problema i es fa crucial una xarxa d’arrencada inicial.

Per què és un problema?

Tots sabem que un BJT requereix un mínim de 0,6 V entre la seva base / emissor per funcionar completament. De la mateixa manera, un mosfet requereix al voltant de 6 a 9V a través de la seva porta / font per conduir-se completament.

Aquí, 'completament' significa la transferència òptima de la tensió de drenatge del mosfet o la tensió del col·lector BJT a les seves respectives terminals de font / emissor, en resposta a l'entrada de tensió de la porta / base.

En un pont en H, els mosquetes laterals baixos no tenen problemes amb els seus paràmetres de commutació i es poden canviar de manera normal i òptima sense cap circuit especial.

Això es deu al fet que el pin de la font sempre està a zero o al potencial de terra, cosa que permet elevar la porta a 12V o 10V per sobre de la font. Això compleix les condicions de commutació requerides del mosfet i li permet tirar la càrrega de desguàs fins al nivell del terra.

Ara, observeu els mosquetets laterals alts. Si apliquem 12V a través de la seva porta / font, els mosfets inicialment responen bé i comencen a conduir el voltatge de drenatge cap als terminals de la font. No obstant això, mentre això succeeix, a causa de la presència de la càrrega (bobinatge primari del transformador), el pin font comença a experimentar un potencial creixent.

Quan aquest potencial augmenta per sobre de 6V, el mosfet comença a aturar-se, ja que no té més 'espai' per conduir i, quan el potencial de la font arriba a 8V o 10V, el mosfet només deixa de conduir-lo.

Anem a entendre-ho amb l'ajut del següent exemple senzill.

Aquí es pot veure la càrrega connectada a la font del mosfet, imitant una condició de mosfet de banda alta en un pont H.

En aquest exemple, si mesureu la tensió a través del motor, trobareu que només és de 7V, tot i que s'aplica 12V al costat de drenatge.

Això es deu al fet que el 12-7 = 5V és el port / font o V mínim_gsel mosfet el fa servir per mantenir la conducció ACTIVADA. Com que el motor aquí és un motor de 12V, encara gira amb l'alimentació de 7V.

Si suposem que hem utilitzat un motor de 50V amb subministrament de 50V al desguàs i 12V a la porta / font, és possible que vegem només 7V a la font, sense produir absolutament cap moviment al motor de 50V.

Tanmateix, si apliquem al voltant de 62 V a través de la porta / font del mosfet. Això activaria instantàniament el mosfet i el voltatge de la font començaria a augmentar ràpidament fins a arribar al nivell màxim de drenatge de 50V. Però fins i tot amb una tensió de font de 50 V, la porta de 62 V encara seria 62 - 50 = 12 V més alta que la font, cosa que permet una conducció completa del mosfet i del motor.

Això implica que els terminals d'origen de la porta de l'exemple anterior requeririen aproximadament 50 + 12 = 62 V per permetre una commutació a tota velocitat al motor de 50 V. Com que això permet elevar correctament el nivell de tensió de la porta del mosfet al nivell especificat de 12V per sobre de la font .

Per què el Mosfet no es crema amb Vgs tan elevats?

És perquè tan bon punt el voltatge de la porta (V_gs) s’aplica, l’alta tensió del costat del drenatge s’activa instantàniament i es precipita al terminal font cancel·lant l’excés de tensió de la porta / font. Finalment, només es representen els 12V o 10V efectius a la porta / font.

És a dir, si 100V és el voltatge de drenatge i s’aplica 110V a la porta / font, el 100V del desguàs corre a la font, anul·lant el potencial de porta / font aplicat 100V, permetent només els 10V més operar els procediments. Per tant, el mosfet pot funcionar de forma segura sense cremar-se.

Què és Bootstrapping

Dels paràgrafs anteriors hem entès per què necessitem exactament uns 10V més alts que la tensió de drenatge com els Vgs per als mosfets laterals alts en un pont H.

La xarxa de circuits que realitza el procediment anterior s’anomena xarxa d’arrencada en un circuit de pont H.

En el controlador IC de pont H estàndard, l’arrencada inicial s’aconsegueix afegint un díode i un condensador d’alta tensió amb la porta / font dels mosfets laterals alts.

Quan el mosfet de la banda baixa està activat (el FET de la banda alta està desactivat), el pin HS i el node del commutador es posen a terra. La v_ddl’alimentació, a través del condensador bypass, carrega el condensador d’arrencada a través del díode i la resistència d’arrencada.

Quan el FET del costat baix està apagat i el costat alt està activat, el pin HS del controlador de la porta i el node d’interruptor es connecten al bus d’alta tensió HV, el condensador d’arrencada descarrega part de la tensió emmagatzemada (recollida durant la càrrega) seqüència) al FET de la banda alta a través dels passadors HO i HS del controlador de porta, tal com es mostra a.

Podeu consultar més informació sobre això a aquest article

Implementació d’un circuit pràctic

Després d’aprendre a fons el concepte anterior, potser encara estareu confós pel que fa al mètode correcte d’implementació d’un circuit H-Bridge? Així que aquí teniu un circuit d’aplicacions per a tots vosaltres, amb una descripció elaborada.

El funcionament del disseny d’aplicacions H-bridge anterior es pot entendre amb els següents punts:

L'aspecte crucial aquí és desenvolupar una tensió a través dels 10uF de manera que es converteixi en igual a la 'tensió de càrrega desitjada' més el subministrament de 12V a les portes dels MOSFET del costat alt, durant els seus períodes ON.

La configuració que es mostra s'executa de manera molt eficient.

Imagineu que el rellotge número 1 és alt i el rellotge número 2 és baix (ja que se suposa que rellotgen alternativament).

En aquesta situació, el mosfet superior dret queda desactivat, mentre que el mosfet inferior esquerre està activat.

El condensador de 10uF es carrega ràpidament fins a + 12 V a través del díode 1N4148 i el drenatge / font de mosfet inferior.

En l’instant següent, tan aviat com el rellotge núm. 1 es fa baix i el rellotge núm. 2 es torna alt, la càrrega a l’esquerra de 10uF encén el MOSFET superior esquerre que immediatament comença a dirigir-se.

En aquesta situació, la seva tensió de drenatge comença a precipitar-se cap a la seva font i, simultàniament, les tensions comencen a empènyer-se cap al condensador de 10uF de manera que la càrrega existent + 12V 'se senti' sobre aquesta tensió instantàniament empenyent des del terminal MOSFET.

Aquesta addició del potencial de drenatge al condensador de 10uF a través del terminal font garanteix que els dos potencials se sumen i permeten que el potencial instantani a través de la porta / font del MOSFET sigui a uns + 12V per sobre del potencial de drenatge.

Per exemple, si el voltatge de drenatge es selecciona com a 100 V, aquest 100 V empeny cap a 10 uF provocant una tensió de porta potencial de compensació contínua que es manté a +12 just per sobre dels 100 V.

Espero que això us hagi ajudat a entendre el funcionament bàsic del bootstrapping lateral alt utilitzant una xarxa de díodes condensadors discrets.

Conclusió

A partir de la discussió anterior, entenem que el bootstrapping és crucial per a totes les topologies de ponts H per permetre l’encesa efectiva dels mosquetets laterals alts.

En aquest procés, un condensador seleccionat adequadament a través de la porta / emissor del mosfet lateral alt es carrega a 12 V superior al nivell de tensió de drenatge aplicat. Només quan això succeeix, els mosquetes laterals alts poden activar-se i completar la commutació push pull prevista de la càrrega connectada.