Spannungsabfall des H-Brücken-MOSFET

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Nachdem festgestellt wurde, dass der l293d-Ausgang nicht ausreicht und der Spannungsabfall des l298 ziemlich hoch ist, halte ich es für vorteilhaft, zu lernen, wie man eine einfache H-Brücke nach Maß baut. Kann ich vor Beginn der Tests zu Recht davon ausgehen, dass der Spannungsabfall der folgenden Schaltung anhand der Datenblätter Rds (On) jedes Mosfets im High / Low-Pfad multipliziert mit dem Drain-Source-Strom berechnet wird? Wenn ja, wäre ein theoretisches n / p-Kanalpaar mit Rdson .4 Ohm mit 2A ein Abfall von .8V. Runde auf 1V. Gibt es neben den thermischen Eigenschaften noch andere offensichtliche Faktoren, von denen ich nicht weiß, dass sie den Spannungsabfall für den Motor beeinflussen würden? Vielen DankGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

voltage mosfet h-bridge Archaeus
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Impedanzverhältnisse sind entscheidend für schnelle Anstiegsraten und Effizienz. Betrachten Sie den Motor Rg / RdsOn / DCR (Motor), um jedes Hochstromverhältnis auf ungefähr 100 zu bringen. Andernfalls fügen Sie weitere Stufen hinzu. Der hohe Strom muss die Last Ciss on the Gate mit hohen Anstiegsgeschwindigkeiten antreiben, und die Ausgangsstufe muss DCR ansteuern, indem sie den Motor mit dem 10-fachen Nennlaststrom startet. Ich sage also, verwenden Sie ein Schalterimpedanzverhältnis von 100 (zu 200)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Vielen Dank für den Hinweis auf Tipps zu Impedanzverhältnissen. Ich werde das Studium zum besseren Verständnis in diesen Bereich verlagern.
Archaeus

Antworten:

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Sie haben Recht mit den Spannungsabfällen in den Mosfets. Der einzige andere wichtige Faktor wäre Ihre Versorgung (Vdd) und ihre Fähigkeit, den Strom ohne Abfall zu liefern (z. B. wenn der Draht zwischen Brücke und Versorgung lang und / oder klein ist). Die andere Sache, die bei der Verwendung von Rds (Ein) aus dem Datenblatt zu beachten ist, ist die Gate-Spannung (Vgs), bei der Rds (Ein) angegeben ist. Wenn die Vgs ausreichend unterschiedlich sind (dh die Vgs = 10 V und Sie werden sie mit 5 V betreiben), sollten Sie sich die Kurven ansehen, um ungefähr zu sehen, welche Rds Sie für diese Gate-Spannung erhalten.

Außerdem haben die meisten MOSFETs eingebaute Dioden (sogenannte Body-Dioden), so dass das Hinzufügen der zusätzlichen Schottky-Dioden normalerweise nicht erforderlich ist.

kkemper
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Die Körperdiode von MOSFETs variiert von langsam und es dauert ewig, bis die Mehrheitsträger vom Substrat zum Stand der Technik "herausgerissen" sind. Wenn der Vdd jedoch niedrig genug ist, um Schottky überhaupt zuzulassen, würde ich mich immer dafür entscheiden, dass parallele Shottkys einen niedrigeren Vf haben und somit vermeiden, Strom durch die Körperdioden zu drücken, und somit möglicherweise Probleme vermeiden, die dazu führen könnten in der Zukunft. Wenn Sie sie nicht benötigen, lassen Sie sie später nicht montiert.
Winny
Ich werde das in Erinnerung behalten. Prost.
Archaeus
Ich habe seit einiger Zeit ohne Probleme aufgehört, zusätzliche Dioden zu verwenden. Ich benutze jedoch immer einen großen schnellen Fernseher parallel zu meinen Brücken, um die Schiene auf ein sicheres Niveau für die Mosfets Max Vds zu klemmen. Dies ist wichtig, wenn Ihr Motor jemals negative Arbeit leistet. Negative Arbeit tritt auf, wenn Sie sich in die entgegengesetzte Richtung des aufgebrachten Drehmoments bewegen, und tritt immer dann auf, wenn Sie versuchen, die Motorrichtung umzukehren.
Kkemper
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Verwenden Sie keine Widerstände !!! Dafür gibt es Gate-Treiber. Das Fahren eines Gates dauert einige Zeit 5A, muss auf jeden Fall schnell erfolgen, nicht durch einen RC-Filter (C ist das Gate). Andernfalls können Sie kein PWM ausführen. Wenn Sie nur umschalten, besteht die Gefahr, dass ein MOSFET durch Hitze verbrannt wird.

Gregory Kornblum
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Die Gefahr hängt vollständig von der Last, Vdd und der relativen Mosfetgröße ab. Wenn Vdd klein ist, können Sie sich Zeit nehmen
kkemper
Sicher. Im Allgemeinen ist es jedoch eine schlechte Idee, einen Widerstand zu verwenden. Vielleicht eine kleine, wenn Sie die erste Umschaltung nicht verwenden. Aber in Hbridge ...
Gregory Kornblum
(Entschuldigung, mein vorheriger Kommentar war nicht vollständig.) Die Gefahr hängt vollständig von der Last, Vdd und der relativen Mosfet-Größe ab. Wenn Vdd klein ist, können Sie sich die Zeit nehmen, es einzuschalten. Wenn die Last klein ist (hohe Impedanz), können Sie sich ebenfalls viel Zeit nehmen. Wenn die Last einen sehr geringen Widerstand und die Schiene einen sehr hohen Widerstand aufweist, wird die Einschaltzeit normalerweise zu einem Problem. Wenn sie mit einem L293 arbeiten, sprechen wir wahrscheinlich nicht von einem Hochleistungs-Motorcontroller.
Kkemper
Wenn sie einen Hochleistungsmotorantrieb herstellen würden, hätten sie natürlich einen Spezialisten für diese Art von Fragen. Wenn sein Strom jedoch 2A und seine Spannung 24 V beträgt, kann die Leistung des MOSFET für die Zeit, die zum Öffnen benötigt wird, 25 W erreichen. Nun ... Selbst ein einziges Ereignis wie dieses würde es töten, wenn es mehrere Millisekunden dauert. Ganz zu schweigen von PWM. Es kann sich um einen kostengünstigen Motorantrieb mit geringer Leistung handeln, der jedoch weiterhin mit einer bestimmten Frequenz betrieben wird.
Gregory Kornblum
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Was ist die Last? Was ist die Frequenz? Berühren Sie vor allem den MOSFET und stellen Sie sicher, dass er nicht heiß ist. Ich hatte einen Kunden, dessen MOSFETs mit 10R-Widerständen überhitzt sind. Sie glaubten nicht, dass dies der Grund sein kann, bis sie sie kurzgeschlossen hatten.
Gregory Kornblum
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Da Sie jetzt den Schaltplan haben, werden Sie hohe Schaltverluste haben. Dinge zu beachten sind:

  • Tor fahren . Sie möchten nicht, dass der Mosfet länger als nötig im linearen Bereich mit hohem Rdson bleibt. Vor allem, wenn Sie PWM am Gate anwenden möchten.
    Sie möchten den Strom PWM, nicht die Gate-Spannung. Verwenden Sie Gate-Treiber, z . B.: MC33883 .
    Die Widerstände um die Gates in Ihrem aktuellen Diagramm verlangsamen die Schaltzeit.

  • Gegen-EMK des Motors. Wenn Sie den Motorstrom abschalten, fließt aufgrund der Induktivität und der magnetischen Eigenschaften des Motors wieder Strom aus dem Motor. Wenn dieser Strom nirgendwo hingeht, wird eine Hochspannung erzeugt, die die Mosfets zerstören kann.
    Um dies zu handhaben, können Sie sich auf die interne Körperdiode des Mosfets verlassen. Wenn Sie jedoch mit einem großen Motor arbeiten, sind möglicherweise zusätzliche Dioden erforderlich.
    Hinweis: Mosfets fallen kurzgeschlossen aus.

  • Hitze , die Mosfets werden warm oder heiß. Sie sehen 2A mit 1V Abfall, das sind 2 Watt. Vergessen Sie nicht den Körperdiodenstrom bei der Wärmeberechnung. Stellen Sie sicher, dass Sie die Mosfets nicht braten.

Ein Vorteil bei der Verwendung von Gate-Treibern besteht darin, dass sie häufig Ladungspumpen haben, mit denen Sie nur N-Kanäle verwenden können. Welche haben bessere Rdson == weniger Wärme.

Jeroen3
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Ich habe den Motor mit Hex-Schmitt-PWM und einem MOSFET getestet. Ich hatte zuerst Überhitzungsprobleme, löste sie aber. Es läuft gut und cool. Das Hinzufügen eines p-Kanals zum Mix mit einem etwas höheren Rdson kann zu neuen Problemen führen. Ich könnte versuchen, einen Torfahrer abzuholen, um Straßensperren zu beseitigen. Vielen Dank.
Archaeus
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Installieren Sie das Kondensator-EMI nicht, es sei denn, Sie installieren eine zusätzliche Drossel am Ausgang. Wenn der Kondensator installiert ist, fließt viel Wechselstrom (PWM-Schaltstrom) durch ihn. Der von Ihnen erwähnte Kondensator dient zur Unterdrückung von EMI aufgrund des bürstenkommutierten Rotorstroms, der mit Gleichspannung gespeist wird, bereits gefiltert und glatt.

Sie können den EMI-Kondensator jedoch verwenden, wenn Sie eine Reiheninduktivität / Drossel einsetzen, die den Wechselstrom blockiert. Eine Drossel, die bei einer gegebenen PWM-Frequenz die Reaktanz aufweist, die cca erzeugt. 1% -2% Spannungsabfall ist ausreichend.

Marko Buršič
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Ich bin froh, dass Sie darauf mit einer soliden Erklärung hingewiesen haben. Ich hatte sowieso nicht vor, die Kappe in diesem Schema zu verwenden. Prost
Archaeus
Das Obige ist äußerst wichtig und schließt die Impedanzverhältnisse von Z (f) und RdsOn ein, um zu verstehen, wo / wie die beste niedrige Q = Resonanz beim Schalten mit Serie RL und Shunt C zusätzlich zu den Verlustverhältnissen von Last / Quelle auftritt. Dann können Sie eine Leistung erzielen, die näher an der Impedanzfilterleistung liegt, andernfalls Klingelverluste. Ein RLC-Nomograph beschleunigt dieses Verständnis für Q- und L- und Coss-Shunt-Crf-Filter. Ferritperlen helfen auch. Twisted Pair haben auch eine Impedanz und tragen zur Reduzierung der EMI bei.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Ein bisschen zu den anderen Antworten hinzufügen ...

Wenn Ihr Motor nominal 2A zieht, zieht er viel mehr, wenn er feststeckt / blockiert / startet. Es wäre nicht unangemessen, 10A in einem Stall zu erwarten. Gebürstete Gleichstrommotoren haben Tonnen oder Drehmoment, aber der Preis ist Hochstrom.

Dies ist nun ein Problem, da FETs mit hohem RdsON Ihr Drehmoment reduzieren (indem sie den verfügbaren Strom reduzieren), aber auch beim Starten oder Abwürgen des Motors viel Leistung verbrauchen.

Da Ihre PWM nach modernen Schaltwandlerstandards (wie 25 kHz, nicht 250 k) langsam ist, benötigen Sie keine hochmoderne Schaltgeschwindigkeit. Daher können Sie größere (dh langsamere, aber weniger RdsON) FETs verwenden als in einem viel schnelleren DCDC schalten.

Da Ihre Spannung niedrig ist, finden Sie leicht FETs mit einem RdsON unter 10 mOhm, wodurch Ihr Problem gelöst wird.

Beachten Sie, dass Ihr NMOS / PMOS-Schema geeignete Treiber und eine kugelsichere Totzeit erfordert! Schalten Sie nicht beide FETs gleichzeitig!

Wenn Sie All-NMOS verwenden möchten, gibt es integrierte Brückentreiber, die Ihr 4-NMOS antreiben, mit integrierter Ladungspumpe zur Erzeugung der Gate-Spannung und ... Strombegrenzung ... immer eine Strombegrenzung für den Fall eines Schraubendrehers befindet sich über die Ausgangsklemmen ...

Es gibt auch kräftigere integrierte H-Bridge-Chips.

L9958 DRV8829

peufeu
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Richtig, Totzeit! Auch durch richtigen Gate-Treiber.
Gregory Kornblum
@peufeu Danke. Ich habe diesen Motor mit einem hausgemachten PWM und 1 55v 29A Mosfet betrieben. Läuft auch nach einer halben Stunde Start / Stopp-Missbrauch kühl. Ich werde höchstwahrscheinlich in einen MOSFET-Treiber investieren, aber ich mag eine Herausforderung (auch wenn sie raucht). Frage. Ich sehe, dass alle in meinem Shop erhältlichen p-Kanäle mit ähnlichen Spezifikationen immer noch einen höheren Rdson, eine höhere Gate-Ladung usw. aufweisen. Wäre es dumm, den pwm-Strom auf den entsprechenden n-Kanal zu legen und den p-Kanal nur für die Dauer auf logisch niedrig zu schalten der motorischen Aktivierung? Würde dies helfen, nicht synchronisierte Schaltzeiten zu verkürzen, oder bin ich nur zum Mittagessen unterwegs?
Archaeus
Nun, in diesem Schema sind beide Top-MOS P-Kanäle. Wenn Sie also Strom in den Motor senden möchten, muss einer von ihnen eingeschaltet sein. PMOS sind aufgrund der Physik schlechter als NMOS, sie werden sich jedoch nie annähern, obwohl sie heutzutage NMOS sind sind so wahnsinnig gut, dass selbst ein minderwertiges PMOS den Job auch machen kann ...
Peufeu