H-Bridge Bootstrapping

Bootstrapping adalah aspek penting yang akan anda dapati di semua rangkaian H-bridge atau jambatan penuh dengan mosfet saluran-N.

Ini adalah proses di mana terminal gerbang / sumber mosfet sisi tinggi dihidupkan dengan voltan yang sekurang-kurangnya 10V lebih tinggi daripada voltan salirannya. Maksudnya, jika voltan pembuangan adalah 100V, maka voltan pintu / sumber yang berkesan mestilah 110V untuk membolehkan pemindahan penuh 100V dari longkang ke sumber mosfet sisi tinggi.

Tanpa tali kasut kemudahan topologi H-bridge dengan mosfet yang serupa tidak akan berfungsi.

Kami akan cuba memahami perinciannya melalui penjelasan langkah demi langkah.

Rangkaian bootstrap menjadi perlu hanya apabila semua 4 peranti di H-bridge sama dengan kekutuban mereka. Biasanya ini adalah mosfet n-channel (4 p-channel tidak pernah digunakan kerana alasan yang jelas).

Gambar berikut menunjukkan konfigurasi H-jambatan saluran n standard

Fungsi utama topologi mosfet ini adalah menukar 'load' atau transformer primer dalam rajah ini, dengan cara flip-flop. Maksudnya, untuk membuat arus tolakan bergantian di lilitan pengubah yang bersambung.

Untuk melaksanakannya, mosfet yang disusun secara menyerong dihidupkan / dimatikan secara serentak. Dan ini dikitar secara bergantian untuk pasangan pepenjuru. Contohnya pasangan Q1 / Q4 dan Q2 / Q3 bersama-sama dihidupkan / MATI secara bergantian. Apabila Q1 / Q4 AKTIF, Q2 / Q3 MATI, dan sebaliknya.

Tindakan di atas memaksa arus untuk menukar polaritasnya secara bergantian di lilitan pengubah yang bersambung. Ini seterusnya menyebabkan voltan tinggi yang disebabkan pada sekunder transformer juga mengubah polaritasnya, menghasilkan AC yang dimaksudkan atau output bergantian pada sisi sekunder transformer.

Apa itu Mosfets sisi rendah rendah

Q1 / Q2 atas disebut mosfet sisi tinggi, dan Q3 / Q4 bawah disebut mosfet sisi rendah.

Mosfet sisi rendah mempunyai plumbum rujukan mereka (terminal sumber) bersambung dengan betul dengan garis bawah. Walau bagaimanapun mosfet sisi tinggi tidak mempunyai akses ke garis dasar rujukan secara langsung, sebaliknya disambungkan ke primer pengubah.

Kami tahu terminal 'sumber' mosfet atau pemancar untuk BJT mesti disambungkan ke garis tanah umum (atau garis rujukan umum) untuk membolehkannya melakukan dan menukar beban secara normal.

Di jambatan H kerana mosfet sisi tinggi tidak dapat mengakses jalan bersama secara langsung, menghidupkannya dengan berkesan dengan pintu DC biasa (Vgs) menjadi mustahil.

Di sinilah masalah timbul, dan rangkaian bootstrap menjadi penting.

Mengapa Ini Masalah?

Kita semua tahu bahawa BJT memerlukan 0.6V minimum antara pangkalan / pemancarnya untuk berfungsi sepenuhnya. Begitu juga, mosfet memerlukan sekitar 6 hingga 9V di seluruh pintu / sumbernya untuk berfungsi sepenuhnya.

Di sini, 'sepenuhnya' bermaksud pemindahan voltan saliran mosfet yang optimum atau voltan pemungut BJT ke terminal sumber / pemancar masing-masing, sebagai tindak balas kepada input voltan pintu / pangkalan.

Di jambatan H, mosfet sisi rendah tidak mempunyai masalah dengan parameter peralihannya dan ini dapat dihidupkan secara normal dan optimum tanpa litar khas.

Ini kerana pin sumber selalu pada potensi sifar atau tanah yang membolehkan pintu gerbang dinaikkan pada 12V atau 10V yang ditentukan di atas sumber. Ini memenuhi syarat pengalihan mosfet yang diperlukan dan memungkinkan untuk menarik beban longkang ke permukaan tanah sepenuhnya.

Sekarang, perhatikan mosfet sisi tinggi. Sekiranya kita menggunakan 12V di pintu gerbang / sumbernya, mosfet pada mulanya bertindak balas dengan baik dan mula mengalirkan voltan saliran ke terminal sumber. Walau bagaimanapun, sementara ini berlaku, kerana adanya beban (belitan primer transformer) pin sumber mula mengalami peningkatan potensi.

Apabila potensi ini meningkat lebih dari 6V, mosfet mulai terhenti, kerana tidak ada lagi 'ruang' untuk dikendalikan, dan pada saat potensi sumber mencapai 8V atau 10V, mosfet berhenti berfungsi.

Mari fahami ini dengan bantuan contoh mudah berikut.

Di sini beban dapat dilihat dihubungkan pada sumber mosfet, meniru keadaan mosfet Hi-side di jambatan H.

Dalam contoh ini jika anda mengukur voltan di seluruh motor, anda akan mendapati ia hanya 7V, walaupun 12V digunakan di bahagian longkang.

Ini kerana 12 - 7 = 5V adalah gerbang / sumber minimum atau V_gsyang digunakan oleh mosfet untuk memastikan konduksi tetap hidup. Oleh kerana motor di sini adalah motor 12V, ia tetap berputar dengan bekalan 7V.

Sekiranya kita menggunakan motor 50V dengan bekalan 50V di longkang dan 12V di pintu / sumber, kita mungkin melihat hanya 7V pada sumbernya, sama sekali tidak menghasilkan pergerakan pada motor 50V.

Tetapi, jika kita menggunakan sekitar 62V di seberang pintu / sumber mosfet. Ini akan segera menghidupkan mosfet, dan voltan sumbernya akan mula naik dengan cepat sehingga mencapai tahap saliran 50V maksimum. Tetapi walaupun pada voltan sumber 50V, pintu yang menjadi 62V akan tetap 62 - 50 = 12V lebih tinggi daripada sumbernya, memungkinkan pengaliran penuh mosfet dan motor.

Ini menunjukkan, terminal sumber gerbang dalam contoh di atas memerlukan sesuatu sekitar 50 + 12 = 62V untuk membolehkan switchng berkelajuan penuh pada motor 50V. Kerana ini membolehkan tahap voltan pintu masuk mosfet dinaikkan dengan betul pada tahap 12V yang ditentukan di atas sumber .

Mengapa Mosfet tidak membakar dengan Vg yang tinggi

Ini kerana sebaik sahaja voltan pintu (V_gs) digunakan, voltan tinggi sisi longkang dihidupkan serta-merta dan bergegas ke terminal sumber membatalkan kelebihan voltan pintu / sumber. Akhirnya, hanya 12V atau 10V yang berkesan diberikan di pintu / sumber.

Artinya, jika 100V adalah voltan pembuangan, dan 110V diterapkan pada pintu / sumber, 100V dari saluran mengalir di sumbernya, membatalkan potensi pintu / sumber 100V yang diterapkan, hanya memungkinkan plus 10V untuk menjalankan prosedur. Oleh itu mosfet dapat beroperasi dengan selamat tanpa terbakar.

Apa itu Bootstrapping

Dari perenggan di atas kita memahami mengapa sebenarnya kita memerlukan sekitar 10V lebih tinggi daripada voltan saliran sebagai Vgs untuk mosfet sisi tinggi di jambatan H.

Rangkaian litar yang memenuhi prosedur di atas disebut sebagai rangkaian bootstrapping dalam rangkaian H-bridge.

Dalam IC pemacu jambatan H standard, bootstrap dicapai dengan menambahkan dioda dan kapasitor voltan tinggi dengan gerbang / sumber mosfet sisi tinggi.

Apabila mosfet sisi rendah dihidupkan (FET sisi tinggi dimatikan), pin HS dan simpul suis dibumikan. The V_ddbekalan, melalui kapasitor pintasan, mengecas kapasitor tali sorong melalui dioda bootstrap dan perintang.

Apabila FET sisi rendah dimatikan dan sisi tinggi dihidupkan, pin HS pemacu gerbang dan simpul suis disambungkan ke bus voltan tinggi HV, kapasitor bootstrap melepaskan sebahagian voltan yang disimpan (dikumpulkan semasa pengisian urutan) ke FET sisi tinggi melalui pin HO dan HS pemandu pintu seperti yang ditunjukkan dalam.

Untuk maklumat lebih lanjut mengenai perkara ini, anda boleh merujuk untuk artikel ini

Melaksanakan Litar Praktikal

Setelah mempelajari konsep di atas secara menyeluruh, anda mungkin masih bingung mengenai kaedah yang betul untuk melaksanakan rangkaian H-Bridge? Jadi, inilah rangkaian aplikasi untuk anda semua, dengan keterangan yang terperinci.

Pengerjaan reka bentuk aplikasi H-bridge di atas dapat difahami dengan perkara berikut:

Aspek penting di sini adalah untuk membina voltan merentasi 10uF sehingga menjadi sama dengan 'voltan beban yang diingini' ditambah dengan bekalan 12V di pintu MOSFET sisi tinggi, semasa tempoh ON mereka.

Konfigurasi yang ditunjukkan melaksanakannya dengan sangat berkesan.

Bayangkan jam # 1 tinggi, dan jam # 2 rendah (kerana sepatutnya jam bergantian).

Dalam keadaan ini mosfet kanan atas menjadi MATI, sementara mosfet kiri bawah dihidupkan.

Kapasitor 10uF mengecas dengan cepat sehingga + 12V melalui dioda 1N4148 dan saliran / sumber mosfet yang lebih rendah.

Sebentar lagi, sebaik sahaja jam # 1 menjadi rendah dan jam # 2 menjadi tinggi, cas melintasi 10uF kiri beralih pada MOSFET kiri atas yang segera mula bergerak.

Dalam keadaan ini voltan pengalirannya mula bergerak ke arah sumbernya, dan pada masa yang sama voltan mula mendorong ke kapasitor 10uF sedemikian rupa sehingga caj yang ada + 12V 'duduk' di atas ini secara tiba-tiba menolak voltan dari terminal MOSFET.

Penambahan potensi pengaliran ke kapasitor 10uF melalui terminal sumber memastikan bahawa dua potensi itu bertambah dan membolehkan potensi sesaat di seberang pintu / sumber MOSFET berada pada jarak sekitar + 12V di atas potensi saliran.

Sebagai contoh jika voltan longkang dipilih menjadi 100V, maka 100V ini masuk ke 10uF menyebabkan voltan gerbang berpotensi mengimbangi berterusan yang mengekalkan pada +12 tepat di atas 100V.

Saya harap ini dapat membantu anda memahami kerja asas bootstrapping sisi tinggi menggunakan rangkaian diod kapasitor diskrit.

Kesimpulannya

Dari perbincangan di atas, kami memahami bahawa bootstrapping sangat penting untuk semua topologi H-bridge untuk membolehkan pengaktifan berkesan dari mosfet sisi tinggi.

Dalam proses ini, kapasitor yang dipilih dengan tepat melintasi pintu gerbang / pemancar mosfet sisi Tinggi diisi hingga 12V lebih tinggi daripada tahap voltan saliran yang digunakan. Hanya apabila ini berlaku, mosfet sisi tinggi dapat dihidupkan dan melengkapkan peralihan tarik tarik yang dimaksudkan dari beban yang disambungkan.