Макетная плата контроллера электродвигателя. Часть 2. Драйверы MOSFET.

После негативного опыта с вроде бы предсказуемыми микросхемами драйверов у меня было много времени на размышление, обдумывание и моделирование, в процессе которого (а еще и в процессе ремонта инвертора одного жк-монитора) созрела мысль сделать драйверы на рассыпухе. Самое большое преимущество такого решения — можно получить ровно те параметры, которые нужно. Недостаток — деталей на 4-5 штук больше, и нужно выполнить весьма противоречивые требования по разводке платы, причем чем больше частота и токи, тем противоречивей требования.
Ну да мы трудностей не боимся, а нестандартные решения вообще — хобби.

Наибольшие трудности вызывает, конечно, драйвер верхнего плеча. Нужно отвязать как-то ее от земли, потому что разряжать затвор нужно до уровня истока силового полевика, а заряжать на 10-15В выше уровня питания, нужно обеспечить импульсный выходной ток, достаточный для быстрого заряда и разряда затвора, ну и деталей чтоб не очень много ушло ))).
Вот что получилось:

Драйвер нижнего плеча особых трудностей не вызывает, его можно максимально упростить. Я сделал вот так:

Затвор заряжается через Q7 и R2, а разряжается через D2 и Q6.
Выбранные транзисторы обеспечивают большой запас по току, но я не нашел в даташите максимальный импульсный ток, вполне возможно, что будет достаточно других в мелких корпусах. К тому же они у меня есть в необходимом количестве.

В следующей части буду макетировать.

Комментарии (33)

RSS свернуть / развернуть
пример дискретного бутстрепного верхнего драйвера:
www.nxp.com/documents/user_manual/UM10155.pdf
www.compeljournal.ru/images/articles/2007_2_8.pdf
0
Сюда прилепить тоже очень легко, но я упорно хотел 100% заполнение длительно. Кажется, это заблуждение.
0
все хорошо, но смущает количество источников питания…
0
  • avatar
  • xar
  • 28 апреля 2013, 01:04
Действительно, в серии бутстрепная схема будет в выигрыше по цене
0
Пара комментариев: во-первых, есть драйвера со встроенным генератором подкачки. Самый известный — HIP4081A. Во-вторых, для подобных задач есть специальные транзисторы с большими импульсными токами. На вскидку FMMT619/FMM719 (SOT-23, 50V, 2A/6А) или даже NSS60600/NSS60601 (SOT-223, 60V, 6A/12A).
+1
  • avatar
  • evsi
  • 28 апреля 2013, 01:40
Да, еще пара комментариев: во-первых, вот тут есть еще пара вариантов схемы. Во-вторых, если уж есть питание с нужным напряжением, то может проще подать на BOOST готового драйвера это напряжение? Бутстреп-то, по сути, всего лишь схема сложения напряжения (выходное полумоста + питание драйвера). Формируется это напряжение сложением или подается готовое извне драйверу, вобщем, пофиг и при его наличии он будет держать открытым верхний транзистор в плече сколь угодно долго.
+1
  • avatar
  • evsi
  • 28 апреля 2013, 02:10
В предыдущей статье описал именно такой вариант включения IR2110… Хотя отдельный драйвер верхнего плеча может и будет работать.
0
Меня в вашей схеме смущает одно: что будет с верхним транзистором, если средняя точка полумоста окажется на нуле при открытии верхнего плеча? (например из-за отвала +24В) :)
0
  • avatar
  • N1X
  • 28 апреля 2013, 10:43
Намекаете на пробой затвора?
0
1) Вангую медленные (200нс-1мкс) фронты/срезы из-за медленного выхода биполярных транзисторов из насыщения.
Подозреваю потребуется добавление диодов Шоттки параллельно Б-К / Б-Э переходам.

2) Мощные полевики качают токами по 1-2А. Не уверен, что выбранные резисторы позволят биполярникам прокачивать такие токи во всех направлениях (заряд/разряд обоих полевиков).
0
2) Мощные полевики качают токами по 1-2А.
А то и 4-5А. Во всяком случае такие драйвера не редкость, особенно для «логических» транзисторов.
0
12В/4.7Ом=2.55А (?)
Конечно, если полевиков будет много в параллель, нужно умощнение драйвера, но все равно к каждому мосфету нужен резистор.
Разряд происходит черех диод шоттки.
0
Я не про это. Посмотрите на R4. Через него будет течь крошечный ток, и даже после усиления в 20 раз — недостаточно чтобы быстро разрядить затвор Q1.
0
Я, если честно, вообще не понял зачем он нужен.
0
12В/4.7Ом=2.55А (?)
Падение на нагрузке вы не учитываете? Реальный ток значительно меньше.
о все равно к каждому мосфету нужен резистор.
Только если у вас длинные провода до мосфетов. На практике их никто не ставит даже если полевики в параллель.
0
Падение на нагрузке вы не учитываете? Реальный ток значительно меньше.
Думаю, не мне вас учить. Разряженный конденсатор в начале имеет сопротивление == 0.
На практике их никто не ставит
Всегда ставят. Посмотрите схему любого сетевого флайбэка с полевиком.
Посмотрите на R4
Через него течет только базовый ток Q4. На модели работает нормально. На практике посмотрю осциллом. Может и стоит его уменьшить, но совсем убирать не стал бы.
0
Думаю, не мне вас учить. Разряженный конденсатор в начале имеет сопротивление == 0.
Во-первых, драйвер имеет отнюдь не нулевое выходное сопротивление. У лучших интегральных драйверов оно чуть меньше ома обычно, и редко достигает полуома. Более чем достаточно, что бы ограничить бросок тока. Ну и все это никак не плияет на то, что к емкости затвора прикладывается не напряжение питания, а только разница между питанием и напряжением на нагрузке.
Всегда ставят. Посмотрите схему любого сетевого флайбэка с полевиком.
А с чего вы решили, что ориентироваться надо именно на них? Там специфичные условия (относительно большие напряжения и относительно небольшие токи), под них и оптимизируется режим. Вместо этого имеет смысл посмотреть на схему любого импульсного стабилизатора, там резисторов и в помине нет. В вашем случае этот вариант куда ближе по режимам работы (относительно низкие напряжения и относительно большие токи).
Через него течет только базовый ток Q4. На модели работает нормально. На практике посмотрю осциллом. Может и стоит его уменьшить, но совсем убирать не стал бы.
Я понимаю какой ток через него течет. Я пытаюсь понять зачем он вообще нужен. Вы хотите избежать входа транзистора в насыщение?
0
Ну в (как бы моем понимании) теории, если резистора нет, ток через эмиттерно-базовый переход Q4 попадает прямо на коллектор Q5. В динамике, конечно, может быть по другому, но я решил ограничить базовый ток Q4.
0
Вы не учитываете нелинейность характеристики биполяров. В таком включении без какого-либо сопротивления в базе это чистый каскад типа В, у которого есть «мертвая зона» около нуля (точнее +- Vбэ) (в смысле разности потенциалов между входом и выходом) в которой оба транзистора закрыты. В итоге в этой схеме оба транзистора одновременно не проводят никогда, сквозного тока нет и защищать ничего не надо.
0
Я имел в виду, что Q5 подключает базу Q4 к земле (если без резистора), открывается переход коллектор-база (как диод) и на затворе оказывается потенциал земли, что уже ниже допустимого, может пробить затвор отрицательным напряжением. Резистор ограничивает ток из базы и транзистор открывается нормально (Э-К) и затвор разряжается до потенциала истока. (конечно, это в статике и если я все правильно понимаю)
0
Честно говоря не могу представить условия, при которых откроется переход коллектор-база. К тому же если он откроется, то потянет к земле только исток транзистора, но никак не затвор.
0
А с чего вы решили
Я еще не все проверил на практике, но многие говорят о звоне при слишком быстром открытии полевика.
0
Звон будет если длинные провода к затвору. На практике все до единой рекомендации, которые я видел, советуют делать их как можно короче и шире/толще. В типичных условиях на плате длина этих проводов не превышает 15-20мм и звона нет.
0
Во-первых, драйвер имеет отнюдь не нулевое выходное сопротивление.
Ну это да, не учел. А если драйвер на полевиках (низкое выходное сопротивление), тогда резистор надо ставить?
0
Там все равно не нулевое выходное сопротивление. У подходящих под задачу полевиков — доли-единицы ом. С полевиками есть засада — их самих от сквозного тока надо защищать.
0
Фронты посмотрю на макете.
0
Я как-то заморачивался поиском транзисторов способных быстро закрываться из состояния насыщения (такие есть и, кстати, как раз для умощнения драйверов полевиков). Вобщем, оказались это весьма редкие звери. Обычные импульсные транзисторы (типа тех же FMMT6x/7x) имеют время рассасывания в районе нескольких сотен наносекунд. Так что на красивые фронты и высокие частоты расчитывать не стоит.
0
Так ведь здесь эмиттерные повторители, они как бы в линейном режиме находятся?
0
Ну конечно кроме входного Q5, но он работает при малых токах, и Q6, но он работает на закрывание нижнего плеча, а это не так критично…
0
Режим зависит от тока базы и коэффициента передачи тока, а не от схемы включения. Вам придется очень тщательно подбирать резисторы под конкретные транзисторы, что бы удержать их в линейном режиме, а при прогреве режим будет уплывать. Как вариант — сделать обратную связь и превратить драйвер в классический усилитель, но я, если честно, не вижу в этом большого смысла. Да и врядли вы сильно выиграете в скорости, но однозначно проиграете в падении напряжения на драйвере и рассеиваемой им мощности.
0
При такой схеме (NPN вверху) глубокого насыщения не будет, как соотв. и выхода из него…
0
Ну, вобщем, да, резистор великоват.
0
помоему тут хоть 1к вверху поставь — насыщения всеравно не будет!

Но для верхнего драйвера есть другая схема включения самого первого транзюка — надо резистор в 2-5 килоом поставить не в базу а в эмиттер! Ну а верхний резюк до 10-ти килоом уменьшить. а ещё применить дарлигтон! Я так получал нормальные фронты на 100 килогерц.
то
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.