H-Bridge Önyükleme

Önyükleme, tüm H-köprüsü veya N-kanallı mosfetlerle tam köprü ağlarında bulacağınız çok önemli bir özelliktir.

Yüksek taraf mosfetlerin geçit / kaynak terminallerinin, boşaltma voltajından en az 10V daha yüksek bir voltajla anahtarlandığı bir işlemdir. Yani, boşaltma voltajı 100V ise, 100V'nin boşaltmadan yüksek taraf mosfet kaynağına tam aktarımını sağlamak için etkin geçit / kaynak voltajı 110V olmalıdır.

Olmadan önyükleme tesis aynı mosfetlere sahip bir H-köprü topolojisi çalışmayacaktır.

Ayrıntıları adım adım açıklamayla anlamaya çalışacağız.

Bir önyükleme ağı, yalnızca H köprüsündeki 4 aygıtın tümü kutuplarıyla aynı olduğunda gerekli hale gelir. Genellikle bunlar n-kanallı mosfetlerdir (4 p-kanal açık nedenlerden dolayı asla kullanılmaz).

Aşağıdaki resimde standart bir n kanallı H köprüsü yapılandırması gösterilmektedir

Bu mosfet topolojisinin ana işlevi, bu diyagramdaki 'yükü' veya transformatör primerini flip-flop şeklinde değiştirmektir. Anlamı, bağlı trafo sargısı boyunca alternatif bir itme-çekme akımı oluşturmaktır.

Bunu gerçekleştirmek için çapraz olarak düzenlenmiş mosfetler aynı anda AÇIK / KAPALI konuma getirilir. Ve bu, çapraz çiftler için dönüşümlü olarak çevrilir. Örneğin Q1 / Q4 ve Q2 / Q3 çiftleri dönüşümlü olarak birlikte AÇIK / KAPALI konuma getirilir. Q1 / Q4 AÇIK olduğunda, Q2 / Q3 KAPALI'dır ve bunun tersi de geçerlidir.

Yukarıdaki eylem, akımı, bağlı transformatör sargısı boyunca dönüşümlü olarak polaritesini değiştirmeye zorlar. Bu da, transformatörün sekonderinde indüklenen yüksek voltajın da polaritesini değiştirmesine neden olarak transformatörün sekonder tarafında amaçlanan AC veya alternatif çıktıyı üretir.

Yüksek Taraf Düşük Taraflı Mosfetler nedir

Üst Q1 / Q2'ye yüksek taraf mosfet denir ve alt Q3 / Q4'e düşük taraf mosfet denir.

Alçak taraf mosfet'in referans uçları (kaynak terminalleri) toprak hattına uygun şekilde bağlanmıştır. Bununla birlikte, yüksek taraf mosfetinin referans toprak hattına doğrudan erişimi yoktur, bunun yerine transformatör primerine bağlanır.

Bir mosfet'in 'kaynak' terminalinin veya bir BJT için vericinin, bir yükü normal şekilde iletmesini ve değiştirmesini sağlamak için ortak toprak hattına (veya ortak referans hattına) bağlanması gerektiğini biliyoruz.

Bir H-köprüsünde, yüksek taraftaki mosfetler ortak zemine doğrudan erişemediğinden, normal bir DC (Vgs) kapısı ile etkin bir şekilde AÇIK duruma getirmek imkansız hale gelir.

Sorunun ortaya çıktığı yer burasıdır ve bir önyükleme ağı çok önemli hale gelir.

Bu Neden Bir Sorun?

Hepimiz bir BJT'nin tam olarak çalışması için tabanı / yayıcısı arasında minimum 0,6V olması gerektiğini biliyoruz. Benzer şekilde, bir mosfet tam olarak iletmek için kapısı / kaynağı boyunca yaklaşık 6 ila 9V gerektirir.

Burada 'tam', mosfet boşaltma voltajının veya BJT toplayıcı voltajının, geçit / temel voltaj girişine yanıt olarak ilgili kaynak / yayıcı terminallerine optimum aktarımı anlamına gelir.

Bir H-köprüsünde, alçak taraftaki mosfetlerin anahtarlama parametrelerinde herhangi bir problemi yoktur ve bunlar, herhangi bir özel devre olmadan normal ve optimal bir şekilde değiştirilebilir.

Bunun nedeni, kaynak piminin her zaman sıfırda veya toprak potansiyelinde olması, geçidin kaynağın üzerinde belirtilen 12V veya 10V'de yükseltilmesine izin vermesidir. Bu, mosfet'in gerekli anahtarlama koşullarını karşılar ve tahliye yükünü tamamen zemin seviyesine çekmesine izin verir.

Şimdi, yüksek taraftaki mosfetlere bakın. Kapısı / kaynağı boyunca 12V uygularsak, mosfetler başlangıçta iyi yanıt verir ve boşaltma voltajını kaynak terminallerine doğru iletmeye başlar. Bununla birlikte, bu olurken, yükün varlığı nedeniyle (transformatör birincil sargısı) kaynak pimi yükselen bir potansiyel yaşamaya başlar.

Bu potansiyel 6V'nin üzerine çıktığında, mosfet durmaya başlar, çünkü daha fazla 'alan' kalmaz ve kaynak potansiyeli 8V veya 10V'a ulaştığında mosfet iletimi durdurur.

Bunu aşağıdaki basit örnek yardımıyla anlayalım.

Burada yük, bir H-köprüsünde bir Hi-side mosfet durumunu taklit ederek mosfet kaynağına bağlı olarak görülebilir.

Bu örnekte, motordaki voltajı ölçerseniz, bunun sadece 7V olduğunu görürsünüz, ancak boşaltma tarafında 12V uygulanmaktadır.

Bunun nedeni, 12 - 7 = 5V'nin çıplak minimum kapı / kaynak veya V olmasıdır._gsBu, mosfet tarafından iletimi AÇIK tutmak için kullanılır. Buradaki motor 12V motor olduğu için hala 7V besleme ile dönüyor.

Drenajda 50V besleme ve kapı / kaynakta 12V olan 50V'luk bir motor kullandığımızı varsayarsak, kaynakta sadece 7V görebiliriz ve 50V motorda kesinlikle hiçbir hareket üretmez.

Bununla birlikte, mosfet'in kapısı / kaynağı boyunca yaklaşık 62V uygularsak. Bu, mosfet'i anında AÇAR ve kaynak voltajı maksimum 50V boşaltma seviyesine ulaşana kadar hızla yükselmeye başlar. Ancak 50V kaynak geriliminde bile, 62V olan kapı, kaynaktan 62 - 50 = 12V daha yüksek olacak ve mosfet ve motorun tam olarak iletilmesini sağlayacaktır.

Bu, yukarıdaki örnekteki geçit kaynağı terminallerinin 50V motorda tam hızda bir anahtarlamayı etkinleştirmek için 50 + 12 = 62V civarında bir şey gerektireceği anlamına gelir. Çünkü bu, mosfet'in kapı voltaj seviyesinin belirtilen 12V seviyesinde uygun şekilde yükseltilmesine izin verir. kaynağın üstünde .

Mosfet neden bu kadar yüksek Vgs ile yanmıyor?

Çünkü kapı voltajı (V_gs) uygulandığında, boşaltma tarafı yüksek voltajı anında AÇIK konuma getirilir ve kaynak terminalde aşırı geçit / kaynak voltajını iptal ederek acele eder. Son olarak, kapı / kaynakta yalnızca etkin 12V veya 10V oluşturulur.

Bunun anlamı, eğer 100V tahliye voltajıysa ve kapı / kaynağa 110V uygulanmışsa, tahliyeden gelen 100V, kaynakta acele eder, uygulanan kapı / kaynak potansiyelini 100V geçersiz kılar ve sadece artı 10V'nin prosedürleri çalıştırmasına izin verir. Bu nedenle mosfet yanmadan güvenle çalışabilir.

Bootstrapping nedir

Yukarıdaki paragraflardan, bir H-köprüsündeki yüksek yan mosfetler için Vgs olarak neden boşaltma geriliminden yaklaşık 10V daha yüksek ihtiyacımız olduğunu anladık.

Yukarıdaki prosedürü gerçekleştiren devre ağına, bir H-köprü devresinde bir önyükleme ağı adı verilir.

Standart H-köprü sürücü IC'de, önyükleme, yüksek taraftaki mosfetlerin kapısı / kaynağı ile bir diyot ve bir yüksek voltajlı kapasitör eklenerek elde edilir.

Alt taraf mosfet açıldığında (yüksek taraf FET kapalı), HS pini ve anahtar düğümü topraklanır. The V_ggbesleme, bypass kapasitöründen, bootstrap kapasitörünü bootstrap diyot ve direnç üzerinden şarj eder.

Alçak taraf FET kapatıldığında ve yüksek taraf açık olduğunda, kapı sürücüsünün HS pini ve anahtar düğümü yüksek voltaj veriyoluna HV bağlanır, önyükleme kondansatörü depolanan voltajın bir kısmını boşaltır (şarj sırasında toplanır) sekans), gösterildiği gibi kapı sürücüsünün HO ve HS pimleri aracılığıyla yüksek taraf FET'e.

Bununla ilgili daha fazla bilgi için başvurabilirsiniz bu makaleye

Pratik Bir Devre Uygulama

Yukarıdaki kavramı iyice öğrendikten sonra, bir H-Bridge devresini uygulamanın doğru yöntemi konusunda hala kafanız karışabilir mi? İşte hepiniz için ayrıntılı bir tanımla birlikte bir uygulama devresi.

Yukarıdaki H-köprüsü uygulama tasarımının çalışması aşağıdaki noktalarla anlaşılabilir:

Buradaki can alıcı nokta, 10 uF boyunca bir voltaj geliştirmektir, öyle ki bu, AÇIK periyotları sırasında 'istenen yük voltajı' artı yüksek taraf MOSFET'lerin kapılarındaki 12V beslemeye eşit hale gelir.

Gösterilen konfigürasyon bunu çok verimli bir şekilde gerçekleştirir.

1. saatin yüksek ve 2. saatin düşük olduğunu düşünün (çünkü dönüşümlü olarak saat hızına sahip olmaları gerekiyor).

Bu durumda, sağ üst mosfet KAPALI hale gelirken, sol alt mosfet AÇIK konuma getirilir.

10 uF kapasitör, 1N4148 diyot aracılığıyla hızlı bir şekilde + 12V'a kadar şarj eder ve mosfet tahliyesini / kaynağını düşürür.

Bir sonraki anda, 1. saat azaldığında ve 2. saat yükseldiğinde, sol 10 uF üzerindeki şarj, sol üst MOSFET'i AÇIK konuma getirir ve bu da hemen iletime başlar.

Bu durumda, boşaltma voltajı kaynağına doğru hızla yükselmeye başlar ve eşzamanlı olarak voltajlar, mevcut yük + 12V, MOSFET terminalinden anlık olarak iten voltajların üzerinde 'oturacak' şekilde 10 uF kapasitörün içine itmeye başlar.

Kaynak terminali aracılığıyla 10 uF kapasitör içine boşaltma potansiyelinin bu eklenmesi, iki potansiyelin toplamasını ve MOSFET'in kapısı / kaynağı boyunca anlık potansiyelin boşaltma potansiyelinin yaklaşık + 12V üzerinde olmasını sağlar.

Örneğin, boşaltma voltajı 100V olarak seçilirse, bu 100V, 10uF'ye iter ve 100V'nin hemen üzerinde +12'de kalan, sürekli olarak telafi eden bir potansiyel geçit voltajına neden olur.

Umarım bu, anlamanıza yardımcı olmuştur yüksek taraf önyüklemenin temel çalışması ayrık kapasitör diyot ağı kullanarak.

Sonuç

Yukarıdaki tartışmadan, önyüklemenin, yüksek taraftaki mosfetlerin etkin bir şekilde AÇIK konuma getirilmesine izin vermek için tüm H köprüsü topolojileri için çok önemli olduğunu anlıyoruz.

Bu işlemde, Yüksek taraf mosfet'in kapısı / vericisi boyunca uygun şekilde seçilmiş bir kapasitör, uygulanan boşaltma voltaj seviyesinden 12V daha yüksek bir değere şarj edilir. Ancak bu gerçekleştiğinde yüksek taraftaki mosfetler AÇILABİLİR ve bağlı yükün amaçlanan itmeli çekme anahtarlamasını tamamlayabilir.